Toepassingseffect van PAC bij de waterbehandeling van een thermische energiecentrale

1. Voorbehandeling van het make-upwater

Natuurlijke wateren bevatten vaak modder, klei, humus en andere zwevende deeltjes, colloïdale onzuiverheden, bacteriën, schimmels, algen, virussen en andere micro-organismen. Deze stoffen hebben een zekere stabiliteit in water en zijn de belangrijkste oorzaak van troebelheid, kleur en geur. Deze overmatige organische stoffen komen in de ionenwisselaar terecht, vervuilen het hars, verminderen de uitwisselingscapaciteit van het hars en beïnvloeden zelfs de effluentkwaliteit van het ontzoutingssysteem. Coagulatie, bezinking, klaring en filtratie zijn er in de eerste plaats op gericht om deze onzuiverheden te verwijderen, zodat het gehalte aan zwevende deeltjes in het water wordt teruggebracht tot minder dan 5 mg/L, oftewel helder water wordt verkregen. Dit wordt watervoorbehandeling genoemd. Na de voorbehandeling kan het water alleen als ketelwater worden gebruikt als de opgeloste zouten in het water door ionenuitwisseling zijn verwijderd en de opgeloste gassen in het water zijn verwijderd door verhitting, vacuümtrekken of doorblazen. Als deze onzuiverheden niet eerst worden verwijderd, kan de daaropvolgende behandeling (ontzouting) niet worden uitgevoerd. Daarom is de coagulatiebehandeling van water een belangrijke schakel in het waterzuiveringsproces.

Het voorbehandelingsproces van een thermische energiecentrale verloopt als volgt: ruw water → coagulatie → precipitatie en klaring → filtratie. De coagulanten die gewoonlijk bij de coagulatieprocedure worden gebruikt, zijn onder andere polyaluminiumchloride, polyferrisulfaat, aluminiumsulfaat en ferritrichloride. Hieronder wordt met name de toepassing van polyaluminiumchloride beschreven.

Polyaluminiumchloride, afgekort tot PAC, is gebaseerd op aluminiumas of aluminiummineralen als grondstoffen. Bij hoge temperatuur en een bepaalde druk reageert een alkali met aluminium tot een polymeer. De grondstoffen en het productieproces verschillen, waardoor de productspecificaties niet hetzelfde zijn. De molecuulformule van PAC is [Al2(OH)nCl6-n]m, waarbij n een willekeurig geheel getal tussen 1 en 5 kan zijn en m een ​​getal uit de cluster van 10 is. PAC is verkrijgbaar in vaste en vloeibare vorm.

2. Stollingsmechanisme

Er zijn drie belangrijke effecten van stollingsmiddelen op colloïdale deeltjes in water: elektrische neutralisatie, adsorptiebrugvorming en verwijdering. Welk van deze drie effecten het meest dominant is, hangt af van het type en de dosering van het stollingsmiddel, de aard en het gehalte aan colloïdale deeltjes in het water en de pH-waarde van het water. Het werkingsmechanisme van polyaluminiumchloride is vergelijkbaar met dat van aluminiumsulfaat, en het gedrag van aluminiumsulfaat in water verwijst naar het proces waarbij Al3+ verschillende gehydrolyseerde soorten produceert.

Polyaluminiumchloride kan worden beschouwd als een van de verschillende tussenproducten in het proces van hydrolyse en polymerisatie van aluminiumchloride tot Al(OH)3 onder bepaalde omstandigheden. Het is direct in water aanwezig in de vorm van verschillende polymere soorten en Al(OH)a(s), zonder dat het hydrolyseproces van Al3+ plaatsvindt.

3. Toepassing en beïnvloedende factoren

1. Watertemperatuur

De watertemperatuur heeft een duidelijke invloed op het effect van de coagulatiebehandeling. Bij een lage watertemperatuur verloopt de hydrolyse van het coagulatiemiddel moeilijker, vooral bij temperaturen lager dan 5℃. De hydrolysesnelheid is dan laag en het gevormde vlokmiddel heeft een losse structuur, een hoog watergehalte en bestaat uit fijne deeltjes. Bij een lage watertemperatuur wordt de solvatatie van colloïdale deeltjes bevorderd, duurt de flocculatie langer en is de sedimentatiesnelheid laag. Uit onderzoek blijkt dat een watertemperatuur van 25-30℃ het meest geschikt is.

2. pH-waarde van water

Het hydrolyseproces van polyaluminiumchloride is een proces waarbij continu H+ vrijkomt. Daarom ontstaan ​​er onder verschillende pH-omstandigheden verschillende hydrolyse-tussenproducten. De optimale pH-waarde voor de coagulatiebehandeling met polyaluminiumchloride ligt over het algemeen tussen 6,5 en 7,5. Bij deze waarde is het coagulatie-effect het hoogst.

3. Dosering van het stollingsmiddel

Wanneer de hoeveelheid toegevoegd coagulatiemiddel onvoldoende is, neemt de resterende troebelheid in het afvalwater toe. Bij een te grote hoeveelheid adsorberen de colloïdale deeltjes in het water te veel coagulatiemiddel, waardoor de ladingseigenschappen van de colloïdale deeltjes veranderen en de resterende troebelheid in het effluent weer toeneemt. Het coagulatieproces is geen eenvoudige chemische reactie, dus de benodigde dosering kan niet worden bepaald aan de hand van een berekening, maar moet worden vastgesteld op basis van de specifieke waterkwaliteit. Wanneer de waterkwaliteit seizoensgebonden verandert, moet de dosering dienovereenkomstig worden aangepast.

4. Contactmedium

Tijdens een coagulatiebehandeling of andere neerslagbehandeling kan de aanwezigheid van een bepaalde hoeveelheid slib in het water het effect van de coagulatiebehandeling aanzienlijk verbeteren. Het slib biedt een groot oppervlak, waardoor via adsorptie, katalyse en kristallisatie de kern van de coagulatiebehandeling wordt versterkt.

Coagulatieprecipitatie is tegenwoordig een veelgebruikte methode voor waterzuivering. Polyaluminiumchloride (PAC) wordt in de waterzuiveringsindustrie gebruikt als flocculant vanwege de goede coagulerende eigenschappen, de grote vlokken, de lage dosering, de hoge efficiëntie, de snelle precipitatie en het brede toepassingsgebied. In vergelijking met traditionele flocculanten kan de dosering met 1/3 tot 1/2 worden verlaagd, wat een kostenbesparing van 40% oplevert. In combinatie met een ventielloos filter en een actiefkoolfilter wordt de troebelheid van het ruwe water sterk verminderd, de effluentkwaliteit van het ontziltingssysteem verbeterd, de uitwisselingscapaciteit van de ontziltingshars verhoogd en de operationele kosten verlaagd.