אנשים רבים אינם ברורים בנושא, ואפילו לאנשי מקצוע ותיקים יש לעתים קרובות הבנה מעורפלת. PAC, PAM, PFS, נתרן היפוכלוריט, מעכבי אבנית, חומרי דה-פלואור, מקורות פחמן... קשה לזכור את השמות, פונקציות מתבלבלות ולעתים קרובות כימיקלים ניתנים במינון אקראי-כאשר הם לא צריכים להיות, או מושמטים בעת הצורך. זה לא שהמפעילים לא חכמים; זה פשוט שאף אחד מעולם לא סידר את הכל בבירור עבורו.
האתגר עם כימיקלים לטיפול במים טמון במגוון העצום שלהם: ישנם סוגים רבים, חלקם משרתים מספר מטרות, ומוסכמות השמות משתנות. כאשר משתמשים בכמה יחד, הבעיה היא לא רק לשכוח אותם-אלא לערבב ביניהם. היום, בואו נפרק אותם באופן שיטתי.
01
חומרי קרישה ופלקולנטים: הצמד הדינמי של טיפול פיזיקוכימי
אחד מערער את היציבות, הגשרים האחרים-לא מערבבים ביניהם.
שני סוגי כימיקלים אלה משמשים כמעט תמיד יחד, אך תפקידיהם שונים לחלוטין; אל תבלבל אותם.
חומרי קרישה מטפלים בחוסר יציבות: הם מנטרלים את מטען פני השטח של חלקיקים קולואידים במים, וגורמים לחלקיקים עדינים-שאחרת היו נשארים תלויים-להתקבץ יחד ל"מיקרו-להקות זעירות". פלוקולנטים מטפלים בגישור: הם קושרים את הצקות המיקרו-הזעירות הללו יחד לקבוצות גדולות וכבדות שיכולות להתמקם או להתייבש ביעילות.
אחד מנטרל את המטען על משטחי החלקיקים כך שהם כבר לא דוחים זה את זה; השני משתמש בפולימרים ארוכי שרשרת-כדי לקשר בין החלקיקים המעורערים. גם סדר ההוספה משנה: ערעור היציבות חייב לבוא לפני הגישור; היפוך הסדר לא מביא כמעט תוצאות.
02
בחירה בין שלושה סוגים של חומרי קרישה
בחר PAC להסרת עכירות שגרתית; בחר חומרים מבוססי ברזל להסרת זרחן.
ישנם שלושה חומרי קרישה נפוצים.
PAC (פוליאלומיניום כלוריד): חסכוני, יעיל בהסרת עכירות וניתן להתאמה לטווח pH רחב. מתאים לשפכים עירוניים ותעשייתיים כאחד, זוהי הבחירה-לעבור פעולות שגרתיות. PFS (פוליפרי סולפט): מציע יכולות סילוק זרחן חזקות יותר מ-PAC ומייצר פקקים צפופים, מהירים-שמשקעים. זוהי הבחירה המועדפת עבור שפכים עתירי-זרחן, כגון אלה של משחטות, מפעלי נייר ומפעלים כימיים זרחן. כלוריד ברזל: יעיל מאוד בקרישה והסרת זרחן, אך מאכל מאוד. זה דורש אמצעים נגד-קורוזיה עבור ציוד ובדרך כלל אינו הבחירה הראשונה, למרות שהוא משמש בתרחישים ספציפיים. להסרת עכירות שגרתית, בחר PAC; להסרת זרחן מיוחד, בחרו בקרישים מבוססי-ברזל-כלל האצבע הזה נכשל לעתים רחוקות. צמחים מסוימים נאבקים להוריד את רמות הזרחן בעודם משתמשים ב-PAC; מעבר למוצר מבוסס-ברזל מניב תוצאות מיידיות. זה לא ש-PAC לא יעיל; זה פשוט לא הכלי המתאים לעבודה הספציפית הזו.
03
חומר הליבה: PAM
השתמש ב-Anionic לסיוע בשקיעה; השתמש בקטיוני להפשרה
חומר הליבה הוא PAM (פוליאקרילאמיד). זה מגיע בשלושה סוגים המבוססים על מטען יוני, כל אחד עם יישומים שונים.
PAM אניוני הוא היעיל ביותר עבור שפכים עם רמות גבוהות של סחף וחומרים אנאורגניים-אידיאלי עבור מי שטיפת פחם, שפכים קרמיים וסיוע לשקיעה במיכלי שיקוע ראשוניים. PAM קטיוני נושא מטען חיובי ומתמחה לפיזור בוצה; הוספתו לפני מכבש מסנן משפרת את שחרור המים, ועלולה להפחית את תכולת הלחות של הבוצה מ-97% מתחת ל-80%. ל-PAM לא-יוני יש טווח יישומים צר ונעשה בו שימוש נדיר.
רק זכרו: השתמשו באניוני לסיוע בשקיעה ובקטיוני להפשרה. עם זאת, ישנה מלכודת עם PAM: בחירה במשקל מולקולרי שגוי או בדרגה יונית מובילה לתוצאות שונות בתכלית. אפילו בין מוצרי PAM קטיוניים, הבדלים במשקל מולקולרי (לדוגמה, 8 מיליון לעומת . 12 מיליון) או בדרגה יונית (למשל, 20 לעומת. 40) יכולים לגרום לשינויים משמעותיים בתכולת הלחות של עוגת הבוצה המתקבלת. איכויות מים שונות דורשות בדיקת סולם-בספסל לבחירה נכונה; אל תצפה שסוג אחד של PAM יעבוד עבור כל מצב.
ראיתי מפעלים רבים שבהם ביצועי PAM השתנו לאחר החלפת מותגים, רק כדי לגלות שהדרגה היונית שונה מהאצווה הקודמת. לכן, כאשר מחליפים ספקים, אל תתמקד רק במחיר-ודא שהמשקל המולקולרי ופרמטרי התואר היוני תואמים לדרישות שלך.
04
מקורות פחמן: דלק למערכות דניטריפיקציה
ארבעה סוגים של מקורות פחמן: יתרונות וחסרונות
בדניטריפיקציה, אם מקור הפחמן אינו מספיק, החיידקים רעבים, ורמת החנקן הכוללת לא יורדת. זו בעיה שכיחה. מפעלים בעלי יחס השפעת פחמן-ל-חנקן (C/N) נאות לא צריכים להוסיף יותר, אבל מפעלי שפכים תעשייתיים עם יחסי C/N נמוכים דורשים כמעט תמיד תוספת.
לכל אחד מארבעת מקורות הפחמן יש יתרונות וחסרונות משלו. כתבתי בעבר סקירה השוואתית-"מתנול, נתרן אצטט, גלוקוז או מקורות פחמן מרוכבים: באילו כדאי לבחור עבור דניטריפיקציה?"-אבל הנה סיכום קצר. מתנול מציע את השקילות הפחמן הגבוהה ביותר והעלות הנמוכה ביותר, אך ככימיקל מסוכן מסוג A, האחסון וההובלה שלו דורשים אישור בטיחות אש-מחסום שמפעלים קטנים לא יכולים להרשות לעצמם לפנות. נתרן אצטט מתגאה בשיעורי ניצול גבוהים ואינו דורש תקופת הסתגלות בעת המעבר, מה שהופך אותו לבחירה מצוינת לבקרה מדויקת; עם זאת, הוא מתגבש וסותם צינורות בחורף, מה שגורם לכאבי ראש לצמחים באזורים הצפוניים. הגלוקוז בטוח אך פועל לאט-; אין לבחור בו אם זמן השמירה ההידראולי במיכל אינו מספיק. מקורות פחמן מרוכבים, המנוסחים ממספר רכיבים, מציעים יעילות ניצול גבוהה על פני אוכלוסיות מיקרוביאליות מגוונות; הם מצטיינים בתנאי טמפרטורה-נמוכים, בטוחים ואינם{10}}מתגבשים, ומתאימים למינון יציב{11}}לטווח ארוך.
בעת בחירת מקור פחמן, שקול שלושה גורמים: החזקה של כישורים כימיים מסוכנים, תנודות טמפרטורת המים בחורף ונפח הטיפול. אם הוא מוסמך, מתנול הוא הבחירה החסכונית ביותר; ללא כישורים, נתרן אצטט מספיק אם טמפרטורות המים נשארות מעל 15 מעלות בשנה-. עם זאת, אם טמפרטורות החורף יורדות מתחת ל-12 מעלות, מקורות פחמן מרוכבים-המציעים ניצול גבוה-טמפרטורות נמוכות ואינם מתגבשים- יכולים למעשה לגרום לעלויות כוללות נמוכות יותר מאשר נתרן אצטט.
יש הרבה מה לדון לגבי מקורות פחמן, אבל מכיוון שהנושא הזה כוסה ביסודיות במאמרים קודמים, לא אחזור עליו כאן.
05
מומחים בטיפול מתקדם
נפרס רק עבור פרמטרים ספציפיים החורגים מהמגבלות
שתי הקטגוריות הראשונות משמשות כמעט את כל מכוני הטיפול בשפכים. קטגוריה זו שונה-היא נפרסת רק כדי לטפל בפרמטרים ספציפיים החורגים ממגבלות הפריקה.
חומרים להסרת פלואוריד: הם משמשים בעיקר עבור פלואוריד המכילים שפכים מתעשיות כגון פוטו-וולטאים, אלקטרוניקה, מוליכים למחצה, כרייה ומטלורגיה וכימיקלים זרחן. רוב המפעלים המטפלים בשפכים עמוסי פלואוריד- משתמשים בתהליך הסרה דו- שלבי: שלב ראשוני של משקעים של מלח סידן מפחית את רמות הפלואוריד ל-20-30 מ"ג/ליטר, ואחריו שלב ליטוש באמצעות חומרים מיוחדים להסרת פלואוריד כדי להוריד את הרמות מתחת ל-2 מ"ג/ליטר. שלב מלח הסידן מציג אתגרים לגבי נפח בוצה גבוה ושליטה קשה ב-pH, בעוד ששלב הסוכן המיוחד תלוי בבחירת המינון הנכון והתאמת ה-pH בחזרה לטווח המתאים. כאשר שני השלבים משולבים היטב-, העלות הכוללת נמוכה משיטת מלח הסידן הטהור, וניתן להפחית את נפח הבוצה בחצי. ניתחתי את זה בפירוט במאמרים קודמים, אז אעזוב את זה לעת עתה.
חומרי קלאטה של מתכות כבדות: אלו מכוונים למתכות כבדות כגון כספית, עופרת, נחושת, ניקל וכרום המצויים בשפכים של ציפוי אלקטרוני, ייצור מעגלים ופעולות כרייה. המנגנון כרוך בקבוצות קלאטיות בתוך הסוכן היוצרות משקעים יציבים עם יוני מתכות כבדות, הלוכדות למעשה את המתכות הכבדות מהמים. בהשוואה לשיטת המשקעים המסורתית של הידרוקסיד, חומרי קלצית מתכות כבדות מציעות מספר יתרונות: טווח pH יעיל רחב (אינם רגישים ל-pH-כמו משקעים אלקליים), יעילות נגד מתכות כבדות מורכבות (והמשקעים של הידרוקסיד אינם יעילים במידה רבה נגד נחושת או ניקל מורכבים), וייצור של בוצה יציבה{3} שאינה ממיסה בקלות{3}.
עם זאת, שים לב שסוכנים אלה אינם מרפאים-לכל; מתכות כבדות שונות דורשות סוגים שונים של חומרים קליטים. מכיוון שתנאי הקלציה של נחושת, ניקל וכרום שונים, יש צורך בבדיקת סולם-בספסל כדי לאמת את הבחירה. המינון חייב להיות גם מדויק: מינון חסר- מוביל לחריגה מהקולחים את גבולות הפריקה, בעוד מינון יתר- מבזבז כסף על כימיקלים.
חומרי דה-צבע נמצאים בשימוש נרחב בהדפסת טקסטיל, צביעה וטיפול בשפכים לייצור נייר; הם בדרך כלל פולימרים אמוניום רבעוניים המתיישבים במהירות את הצבע. מכיוון שזה לא המוקד העיקרי שלנו, נזכיר זאת רק בקצרה.
06
מערכת-כימיקלים לתמיכה
הם אינם מטפלים ישירות במזהמים אך הם הכרחיים.
סוגים אלו של כימיקלים אינם מטפלים ישירות במזהמים אך הם חיוניים לפעילות תקינה של המערכת.
מעכבי אבנית הם הכרחיים עבור ממברנות RO ומערכות מים במחזור. יוני סידן ומגנזיום יכולים ליצור אבנית שסותמת את נקבוביות הממברנה; מעכבי אבנית מונעים ממלחים אלו להתגבש ולהשקיע. אורגנופוספונטים (כגון HEDP ו-ATMP) יעילים נגד אבנית סידן פחמתי, בעוד שפולימרים (כגון PAA) פועלים היטב נגד אבנית סיליקה וברזל. פעל בהתאם להמלצות יצרן הממברנה בעת בחירת מעכב; אל תעשה בחירות שרירותיות.
ביוצידים מונעים התפשטות של חיידקים ואצות על משטחי ממברנה ובתוך צינורות. ביוצידים מחמצנים (למשל, נתרן היפוכלוריט, כלור דו חמצני) פועלים במהירות- וזולים אך מתרוקנים במהירות, ומצריכים מינון מתמשך. ביוצידים שאינם -מחמצנים (למשל, איזותיאזולינונים, מלחי אמוניום רבעוניים) מציעים השפעות- ארוכות יותר ופחות מושפעים מה-pH. ניסיון מעשי מציע לסירוגין בין סוגים מחמצנים ללא{10}}סוגים מחמצנים; הסתמכות על סוג אחד בלבד עלולה להוביל לעמידות מיקרוביאלית, ולהפוך אפילו מינונים גבוהים לבלתי יעילים.
מתאמי pH: נתרן הידרוקסיד הוא האפשרות הנקייה ביותר להעלאת ה-pH, בעוד שהגיר זול אך מייצר בוצה משמעותית; חומצה הידרוכלורית או גופרתית משמשת להורדת ה-pH ומשמשת גם בניקוי ממברנות. ניתן להשתמש בהם לאורך כל התהליך, אך הימנע מהתאמות אקראי-לפני שינוי ה-pH, שקול בבירור את הסיבה, רמת היעד והאם ההתאמה תשפיע על תהליכים במורד הזרם.
07
כימיקל אחד, שימושים מרובים; חומר אחד, מספר שמות
שינוי בשלב התהליך פירושו שינוי בתפקוד
חדר המינון של הכימיקלים מכיל מספר "רב-משימות"-אותו כימיקל מבצע פונקציות שונות לחלוטין בהתאם לשלב התהליך. זה גם המקום שבו מתעורר לרוב הבלבול באתר-.
ליים הוא דוגמה קלאסית. הוא משמש להתאמת pH, הסרת פלואוריד, ריכוך מים וכסיוע בהסרת זרחן כימי. זה מופיע גם בשלב הטיפול הפיזי-כימי וגם בשלב הטיפול המתקדם, אבל רמות המינון שונות לפי סדרי גודל, כך שאי אפשר פשוט להעתיק-להדביק את הגדרות המינון. סולפט ברזל דומה; בעוד שהוא בעיקר חומר קרישה, הוא גם מסיר זרחן וצבע. בתנאים חומציים, הוא מפחית כרום משושה לכרום תלת ערכי -שלב מכריע בטיפול בשפכים עמוסי ציפוי כרום-. נתרן היפוכלוריט משמש לא רק לסטריליזציה וחיטוי, אלא גם לניקוי צבע, הרס ציאניד (בתנאים אלקליים), וניקוי ממברנות וצנרת.
אי התאמות במוסכמות השמות גורמות לבלבול עוד יותר. אנשים שונים משתמשים בשמות שונים לאותו חומר: PAC מייצג Polyaluminium Chloride, אם כי יש המתייחסים אליו כאל Basic Aluminum Chloride; אלקלי נוזלי, סודה קאוסטית ונתרן הידרוקסיד מתייחסים כולם לאותו דבר; אפר סודה הוא נתרן קרבונט; PAM ראשי תיבות של Polyacrylamide, אשר מסווג עוד יותר לסוגים אניוניים, קטיוניים ולא-יוניים. "מקורות פחמן מרוכבים" הם הדוגמה האופיינית ביותר; ספקים שונים משתמשים בשמות מסחריים ובניסוחים שונים, כך שהשם לבדו חושף מעט.
לכן, אין לשנן כימיקלים לפי שמם; לשנן אותם לפי הפונקציה שהם מבצעים בתוך המערכת. אם נעשה שימוש באותו כימיקל בשלב תהליך אחר, הפרמטרים של המינון והבקרה ישתנו לחלוטין; לעומת זאת, שני מוצרים בעלי אותו שם לא בהכרח חולקים את אותו הרכב. כאשר יש חוסר התאמה בין הזמנות הרכש למציאות-באתר, הבהיר בדיוק מהו החומר ומה הוא מיועד לעשות לפני שתדון במחיר.
08
סיום בטבלת סיכום
התייחסות מהירה לשמונה קטגוריות של כימיקלים
חומרי קרישה: מוצרים מייצגים כוללים PAC, PFS וכלוריד ברזל. התפקידים העיקריים שלהם הם ערעור יציבות של חלקיקים ליצירת פקקים, כמו גם הסרת עכירות וזרחן. תרחישי יישום אופייניים כוללים מיכלי שיקוע ראשוניים והסרת זרחן מתקדמת.
פלוקולנטים: מוצרים מייצגים כוללים PAM (אניוני/קטיוני). התפקידים העיקריים שלהם הם גישור חלקיקים לקבוצות גדולות וסיוע בשקיעה ובהתייבשות. תרחישי יישום אופייניים כוללים מיכלי שיקוע ומכבשי סינון. מקורות פחמן: מוצרים מייצגים כוללים מתנול, נתרן אצטט ומקורות פחמן מרוכבים. תפקידם העיקרי הוא להשלים פחמן כדי לקדם דניטריפיקציה (הסרת חנקן), המשמש בדרך כלל במיכלים אנוקסיים.
חומרי דה-פלואור: מוצרים מייצגים כוללים מלחי סידן וחומרי דה-פלואור מיוחדים. תפקידם העיקרי הוא הסרת פלואוריד עמוק בשלבי טיפול משניים, המשמשים בדרך כלל לייצור שפכים פוטו-וולטאיים ואלקטרוניקה.
משקעי מתכות כבדות: מוצרים מייצגים כוללים משקעים קליטים. תפקידם העיקרי הוא ללכוד מתכות כבדות וליצור משקעים יציבים, המשמשים בדרך כלל לציפוי אלקטרוני ולייצור מי שפכים.
נוגדי אבנית: מוצרים מייצגים כוללים HEDP ו-PAA. תפקידם העיקרי הוא למנוע אבנית על ממברנות ובצינורות, המשמשים בדרך כלל במערכות RO ומערכות מים במחזור.
ביוצידים: מוצרים מייצגים כוללים נתרן היפוכלוריט ואיזותיאזולינונים. תפקידם העיקרי הוא עיקור ועיכוב אצות, המשמשים בדרך כלל במערכות ממברנות ומערכות מים במחזור.
מתאמי pH: מוצרים מייצגים כוללים סודה קאוסטית נוזלית (NaOH), חומצה הידרוכלורית וסיד. תפקידם העיקרי הוא התאמת רמות ה-pH, החלים בכל שלבי התהליך.
09
שלושה עקרונות לבחירה כימית
בצע תחילה בדיקות ספסל-בקנה מידה · חישוב עלויות כוללות · שקול את התהליך
ראשית, בצע בדיקות ספסל-בקנה מידה לפני הגדלה. איכות המים משפיעה באופן משמעותי על ביצועי הכימיקלים; מינון PAC, למשל, יכול לנוע בין 50 ל-300 מ"ג/ליטר-איך אתה יכול לדעת בלי בדיקה? אל תקשיבו רק ל"מינון האופייני" של הספק; ה"טיפוסי" שלך אינו זהה לשלהם.
שנית, חשב את העלויות הכוללות, לא רק את מחירי היחידה. כימיקלים יקרים עשויים לדרוש מינונים נמוכים יותר ולהציע ביצועים יציבים, מה שעלול לגרום לעלות נמוכה יותר לטון מים שטופלו. לעומת זאת, כימיקלים זולים עשויים לדרוש מינונים גבוהים או להניב תוצאות גרועות-מה שמוביל לעבודה מחדש ולעלויות כוללות גבוהות יותר.
שלישית, ודא כי כימיקלים תואמים את התהליך. צפת אוויר מומסת (DAF) מצריכה קבוצות קלות, בעוד שקיעה מצריכה פקקים כבדים, כלומר הבחירה של PAC ו-PAM שונה לחלוטין. מערכות ביוכימיות רגישות לרעילות כימית; לעולם אל תוסיף חומרים מחמצנים חזקים למיכלים ביוכימיים. עבור מערכות ממברנות, עיין ברשימת התאימות של היצרן בעת בחירת נוגדי אבנית וביוצידים; שימוש בכימיקלים לא תואמים עלול להרוס את הממברנות.
שלושת העקרונות הללו נשמעים פשוטים, אך פחות ממחצית מכל הצמחים פועלים לפיהם-רובם חושבים רק להפעיל בדיקות לאחר שמתעוררת בעיה, ולעתים קרובות מגלים מאוחר מדי שהם השתמשו בכימיקלים הלא נכונים לאורך כל הדרך. שלושה עקרונות לבחירת כימיקלים
בצע בדיקות בקנה מידה קטן- לפני הגדלת המינון (מינוני PAC יכולים לנוע בין 50 ל-300 מ"ג/ליטר; לא תדע את הכמות הנכונה ללא בדיקה). חשב עלויות כוללות ולא מחירי יחידה (כימיקלים יקרים עשויים לדרוש מינונים נמוכים יותר ולהציע ביצועים יציבים, וכתוצאה מכך עלות נמוכה יותר לטון מים שטופלו). ודא כי חומרים כימיים תואמים לתהליך (הצפת אוויר מומס מצריכה פקקים קלים, שיקוע מצריך פקקים כבדים, ומערכות ממברנות דורשות בדיקת רשימות תאימות).
מחשבות אחרונות
כימיקלים אולי נראים מורכבים, אבל הם מתבהרים כשהם מסווגים לפי תפקוד: השלב הפיזיקלי-כימי מסתמך על קרישה וצנופים; השלב הביוכימי מסתמך על מקורות פחמן; שלב הטיפול המתקדם מסתמך על כימיקלים מיוחדים; ואלה מתווספים על ידי מעכבי אבנית, ביוצידים ומכווני pH. האתגר האמיתי הוא לא לשנן שמות, אלא לקבוע בדיוק איזה כימיקל מתאים לאיכות המים ולביצועי התהליך- הספציפיים שלך יכול להשתנות באופן דרסטי בין אותו סוג של כימיקל מיצרנים שונים. לכן, אל תקצץ: הפעל בדיקות בקנה מידה קטן-, חשב את העלויות הכוללות והעריך את תאימות התהליך. ביצוע קפדני של שלושת השלבים הללו יכול לחסוך ממך מידה רבה של עיבוד חוזר בהמשך.
