โดย: เคท
Email:kate@aquasust.com
วันที่: 13 พฤศจิกายน 2024
กิจกรรมทางอุตสาหกรรมและในประเทศใช้ทรัพยากรน้ำจำนวนมหาศาลและก่อให้เกิดน้ำเสียจำนวนมาก นำไปสู่ปัญหาการขาดแคลนน้ำและคุณภาพน้ำที่ลดลงในหลายประเทศ ดังนั้นการบำบัดน้ำเสียและการรีไซเคิลน้ำเสียโดยปราศจากมลภาวะจึงเป็นปัญหาเร่งด่วนที่ต้องแก้ไข วิธีการตกตะกอนและการตกตะกอนนั้นใช้งานง่ายและคุ้มค่า มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรม สารตกตะกอนที่ใช้กันทั่วไปสามารถแบ่งได้เป็นสามประเภทหลัก: สารตกตะกอนอนินทรีย์, สารตกตะกอนโพลีเมอร์อินทรีย์ และสารตกตะกอนจุลินทรีย์ ในบรรดาสารเหล่านี้ ปัจจุบันมีการใช้สารตกตะกอนอนินทรีย์ที่มีต้นทุนต่ำมากที่สุด ในขณะที่สารตกตะกอนอินทรีย์จะให้ผลการรักษาที่ดีที่สุด สารตกตะกอนจุลินทรีย์ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยในห้องปฏิบัติการ การพัฒนาสารตกตะกอนแบบคอมโพสิตใหม่ที่มีประสิทธิภาพ ปลอดภัย และประหยัดเป็นแนวโน้มหลักสำหรับอนาคตของการพัฒนาสารตกตะกอน
การจำแนกประเภทของสารตกตะกอน
กลไกการแข็งตัวของเลือดที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดนั้นเกี่ยวข้องกับสองกระบวนการ: การแข็งตัวและการตกตะกอน กระบวนการแข็งตัวหมายถึงการทำให้อนุภาคคอลลอยด์ไม่เสถียรและการก่อตัวของมวลรวมขนาดเล็ก กระบวนการตกตะกอนเกี่ยวข้องกับมวลรวมขนาดเล็กเหล่านี้เชื่อมโยงกันภายใต้อิทธิพลของสารตกตะกอนเพื่อสร้างก้อนที่ใหญ่ขึ้น กลไกหลักของการตกตะกอนประกอบด้วยการบีบอัดของชั้นไฟฟ้าสองชั้น เอฟเฟกต์การเชื่อมการดูดซับ และการตกตะกอนแบบกวาด ซึ่งทำให้อนุภาคคอลลอยด์ในน้ำไม่เสถียร นำไปสู่การรวมตัวและการตกตะกอน จึงบรรลุผลการตกตะกอน สารตกตะกอนทั่วไปสามารถจำแนกได้เป็นสามประเภทหลัก: สารตกตะกอนอนินทรีย์, สารตกตะกอนโพลีเมอร์อินทรีย์ และสารตกตะกอนจุลินทรีย์
01 สารตกตะกอนอนินทรีย์
หลักการทำงานของสารตกตะกอนอนินทรีย์ประกอบด้วยการบีบอัดชั้นไฟฟ้าสองชั้นและการวางตัวเป็นกลางของประจุ สารตกตะกอนจะก่อตัวเป็นเคาน์เตอร์ไอออนในน้ำเสีย ซึ่งบีบอัดชั้นไฟฟ้าสองชั้น ส่งผลให้ศักย์ซีตาของคอลลอยด์ลดลง ส่งผลให้ชั้นไฮเดรชั่นบนพื้นผิวหายไป ส่งผลให้คอลลอยด์ไม่เสถียร ต่อมา อนุภาคคอลลอยด์ที่มีประจุจะรวมตัวกันผ่านปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลและแรงไฟฟ้าสถิตจนเกิดเป็นก้อนขนาดใหญ่และหนาแน่น
สารตกตะกอนอนินทรีย์สามารถจัดหมวดหมู่ตามเกณฑ์ที่แตกต่างกัน: โดยองค์ประกอบประจุลบ พวกมันสามารถแบ่งออกเป็นซัลเฟตและคลอไรด์; โดยน้ำหนักโมเลกุลสามารถจำแนกได้เป็นโมเลกุลสูงและโมเลกุลต่ำ และตามประเภทของเกลือโลหะ สามารถแบ่งได้เป็นเกลือของเหล็ก (เช่น เฟอร์ริกคลอไรด์ เฟอร์รัสซัลเฟต และเฟอร์ริกซัลเฟต) และเกลืออะลูมิเนียม (เช่น อะลูมิเนียมซัลเฟต โพแทสเซียมอะลูมิเนียมซัลเฟต และโซเดียมอะลูมิเนต)
ก้อนที่เกิดจากเกลือของเหล็กมีขนาดใหญ่และหนาแน่น ต้องการปริมาณที่น้อยกว่า และทำงานได้ดีที่อุณหภูมิต่ำด้วยช่วง pH ที่เหมาะสมที่กว้าง (ระหว่าง 5.0 ถึง 11) อย่างไรก็ตาม เกลือของเหล็กสามารถกัดกร่อนอุปกรณ์ได้ ทำให้ต้องมีการตรวจสอบสภาพของอุปกรณ์และท่ออย่างใกล้ชิดระหว่างการใช้งาน เกลืออะลูมิเนียมมีเวลาตกตะกอนสั้นกว่าและมีสีน้อยกว่าหลังการบำบัด แต่ประสิทธิภาพของเกลือนั้นขึ้นอยู่กับค่า pH สูง นอกจากนี้ ระดับที่ตกค้างของ Al³⁺ ในน้ำที่สูงอาจทำให้เกิดมลพิษทุติยภูมิ ซึ่งอาจก่อให้เกิดโรคอัลไซเมอร์และโรคโลหิตจางเมื่อเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ ดังนั้นจึงต้องระมัดระวังเป็นพิเศษเพื่อหลีกเลี่ยงมลพิษทุติยภูมิ
สารตกตะกอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเหล่านี้มีราคาไม่แพงและมีแหล่งที่มาอย่างกว้างขวาง แต่มีปัญหา เช่น ปริมาณการใช้งานสูง การผลิตตะกอนจำนวนมาก และประสิทธิภาพต่ำ ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากสารตกตะกอนอนินทรีย์โมเลกุลต่ำไปเป็นโมเลกุลสูง ในปัจจุบัน สารตกตะกอนอนินทรีย์โมเลกุลสูงที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ สารตกตะกอนอลูมิเนียมโพลีเมอร์ สารตกตะกอนเหล็กโพลีเมอร์ สารตกตะกอนซิลิกาปฏิกิริยา และสารตกตะกอนคอมโพสิต การกระทำของพวกมันอาศัยผลในการเชื่อมต่อเป็นหลัก โดยแสดงข้อดี เช่น ความไวต่อ pH และอุณหภูมิที่น้อยลง ผลการดูดซับที่เสถียร ปริมาณยาที่น้อยลง และสีที่ตกค้างน้อยลง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ขนาดการผลิตสารตกตะกอนอนินทรีย์โมเลกุลสูงค่อยๆ เพิ่มขึ้น คิดเป็น 80% ของการผลิตสารตกตะกอนทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งแสดงให้เห็นผลกระทบที่สำคัญในการบำบัดน้ำเสียที่มีความขุ่นสูง
02 สารตกตะกอนโพลีเมอร์อินทรีย์
หลักการออกฤทธิ์ของสารตกตะกอนอินทรีย์ประกอบด้วย:
(1)การดูดซับอนุภาคคอลลอยด์ผ่านพันธะไฮโดรเจน ปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิต และแรงแวนเดอร์วาลส์
(2) ส่วนโซ่โพลีเมอร์ช่วยให้การตกตะกอนของอนุภาคสะดวกขึ้นผ่านกลไกการดูดซับแบบเชื่อม เมื่อเปรียบเทียบกับสารตกตะกอนอนินทรีย์ สารตกตะกอนโพลีเมอร์อินทรีย์มีข้อดี เช่น ประสิทธิภาพการบำบัดที่ดีกว่า เวลาจับตัวเป็นก้อนสั้นกว่า เหมาะสำหรับอุณหภูมิต่ำ ช่วง pH กว้าง และการผลิตตะกอนน้อยกว่า
สารตกตะกอนโพลีเมอร์อินทรีย์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: สารตกตะกอนโพลีเมอร์ดัดแปลงตามธรรมชาติและสารตกตะกอนโพลีเมอร์สังเคราะห์ สารตกตะกอนโพลีเมอร์สังเคราะห์มีน้ำหนักโมเลกุลที่ควบคุมได้และค่อนข้างสูง และสามารถนำกลุ่มการทำงานจำนวนมากขึ้นเข้าไปในส่วนของสายโซ่ ซึ่งให้ผลการจับตัวเป็นก้อนที่ดีเยี่ยม ปัจจุบัน สารตกตะกอนโพลีเมอร์สังเคราะห์ที่เป็นตัวแทนมากที่สุดในตลาดจีนคือโพลีอะคริลาไมด์ (PAM) และอนุพันธ์ของมัน ซึ่งคิดเป็น 80% ของตลาดทั้งหมด
ตรงกันข้ามกับโพลีเมอร์สังเคราะห์ซึ่งมีต้นทุนการผลิตสูงและความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม สารตกตะกอนโพลีเมอร์ดัดแปลงตามธรรมชาติมีข้อดี เช่น มีจำหน่ายอย่างกว้างขวาง ต้นทุนต่ำกว่า ความปลอดภัย ไม่เป็นพิษ และลักษณะโมเลกุลที่ปรับแต่งได้ สารตกตะกอนโพลีเมอร์ดัดแปรตามธรรมชาติส่วนใหญ่ประกอบด้วยอนุพันธ์ของแป้ง ไคโตซาน เซลลูโลส กัวกัม และกัมจากพืช โปรตีน และสาหร่ายอื่นๆ ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถหาได้จากพืชและสัตว์
ตัวอย่างเช่น โมเลกุลแป้งดัดแปรสามารถบรรลุผลการตกตะกอนที่ดีเยี่ยม แป้งอีเทอร์ไฟด์ประจุบวกและอนุพันธ์ของมันสามารถจับตัวเป็นก้อนอนุภาคที่มีประจุลบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่โครงสร้างแป้งที่แตกแขนงมีผลกระทบต่อการจับตัวเป็นก้อนอย่างรุนแรงต่อไอออนของโลหะหนัก เช่น ทองแดง ปรอท และตะกั่ว โคพอลิเมอร์กราฟต์แป้งที่โคพอลิเมอร์กับโมโนเมอร์อื่นๆ ยังสามารถกำจัดไอออนของโลหะหนักได้อย่างมีประสิทธิภาพ การดัดแปลงไคโตซานสามารถทำได้โดยวิธีการต่างๆ เช่น การกราฟต์, เอสเทอริฟิเคชัน, การเชื่อมขวาง และอัลคิเลชัน สารตกตะกอนโพลีเมอร์ธรรมชาติประเภทต่างๆ สามารถรับคุณสมบัติที่ต้องการได้หลากหลายผ่านการดัดแปลงและดัดแปลงทางเคมีเพื่อตอบสนองความต้องการในการผลิตจริงและชีวิตประจำวัน
03 จุลินทรีย์ตกตะกอน
จุลินทรีย์ตกตะกอนเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงและชีวมวลที่เกิดจากการเจริญเติบโตและเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์เพาะเลี้ยงจำเพาะในระยะหนึ่ง สิ่งเหล่านี้สามารถทำให้เกิดการรวมตัวและการตกตะกอนของอนุภาคแขวนลอยที่เป็นของแข็งในน้ำเสีย ดังนั้นจึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการทำให้แหล่งน้ำบริสุทธิ์ จุลินทรีย์ตกตะกอนมีแหล่งที่มาหลากหลายและคุ้มค่า โดยทั่วไปประกอบด้วยโพลีแซ็กคาไรด์ โปรตีน สายโซ่ DNA ไกลโคโปรตีน และกรดโพลีอะมิโน สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติโดยไม่ก่อให้เกิดมลพิษทุติยภูมิ
มีจุลินทรีย์หลายชนิดที่สามารถผลิตสารตกตะกอน ซึ่งสามารถนำไปแปรรูปเป็นอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดายผ่านการออกแบบเส้นทาง อย่างไรก็ตาม การวิจัยเกี่ยวกับจุลินทรีย์ตกตะกอนในประเทศจีนยังคงมีจำกัด และการศึกษาในปัจจุบันส่วนใหญ่อยู่ในระดับห้องปฏิบัติการ ซึ่งยังห่างไกลจากความสำเร็จในการผลิตเชิงอุตสาหกรรม
แนวโน้มการพัฒนาของสารตกตะกอน
สารตกตะกอนมีการใช้งานที่หลากหลายในการบำบัดน้ำเสีย โดยกำจัดสิ่งเจือปนที่แขวนลอยหรือละลายได้ต่างๆ ไอออนของโลหะ แบคทีเรีย ไวรัส และมลพิษอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยให้เกิดการกำจัดออกซิเจน การลดสี และกำจัดฟอสฟอรัส ส่งผลให้การบำบัดน้ำเสียไม่ก่อให้เกิดมลพิษและใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยความก้าวหน้าในการวิจัยอย่างต่อเนื่อง ประเภทของสารตกตะกอนที่ใช้ในการบำบัดน้ำเสียในประเทศจีนได้เปลี่ยนจากสารตกตะกอนอนินทรีย์โมเลกุลต่ำไปเป็นสารตกตะกอนอินทรีย์โมเลกุลสูง และจากประเภทเดี่ยวไปเป็นประเภทคอมโพสิต โดยมีเป้าหมายเพื่อประสิทธิภาพ ความคุ้มค่า และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
เมื่อเปรียบเทียบกับสารตกตะกอนอนินทรีย์และสารตกตะกอนโมเลกุลสูงสังเคราะห์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย สารตกตะกอนโมเลกุลสูงตามธรรมชาติมีข้อได้เปรียบที่แตกต่างกัน เช่น มีจำหน่ายในวงกว้าง ต้นทุนต่ำ ความปลอดภัย ไม่เป็นพิษ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม น้ำเสียอุตสาหกรรมมักจะมีปริมาณมาก มีองค์ประกอบที่ซับซ้อน และประกอบด้วยการกระจายตัวที่เสถียร ดังนั้นการตกตะกอนเพียงตัวเดียวอาจไม่สามารถกำจัดส่วนประกอบทั้งหมดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เมื่อเร็วๆ นี้ มีแนวโน้มในการใช้สารตกตะกอนคอมโพสิตอนินทรีย์-อินทรีย์ และอนินทรีย์-จุลินทรีย์ โดยใช้ประโยชน์จากผลการทำงานร่วมกันของสารตกตะกอนแบบอนินทรีย์-อินทรีย์ ขั้นแรก สารตกตะกอนอนินทรีย์จะทำให้ประจุเป็นกลางและทำให้สิ่งเจือปนรวมกลายเป็นกระจุกโมเลกุลขนาดใหญ่ ตามด้วยสารตกตะกอนโมเลกุลสูงอินทรีย์ที่จับกระจุกเหล่านี้ผ่านการดำเนินการเชื่อมโยงเพื่อการตกตะกอนที่มีประสิทธิภาพ การใช้สารตกตะกอนอนินทรีย์สามารถลดปริมาณสารตกตะกอนอินทรีย์ที่จำเป็น เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เหมาะสมที่สุดด้วยต้นทุนที่ต่ำลง อย่างไรก็ตาม สูตรและปริมาณเฉพาะต้องได้รับการทดสอบอย่างต่อเนื่องตามประเภทของน้ำเสีย
ปัจจุบันมีการใช้สารตกตะกอนคอมโพสิตโพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ - โพลีอะคริลาไมด์และแสดงประสิทธิภาพที่ดี แต่ก็ก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมบางประการ การวิจัยในอนาคตอาจมุ่งเน้นไปที่การรวมสารตกตะกอนอนินทรีย์ซิลิกาโพลีเมอร์เข้ากับสารตกตะกอนโมเลกุลสูงอินทรีย์ตามธรรมชาติเพื่อเพิ่มความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม หากสามารถบรรลุการผลิตทางอุตสาหกรรมของสารตกตะกอนจุลินทรีย์ได้ ระบบการตกตะกอนแบบผสมอนินทรีย์-จุลินทรีย์ควรให้ผลลัพธ์การบำบัดที่ดีเยี่ยมเช่นกัน
การเสื่อมสภาพของคุณภาพน้ำอันเนื่องมาจากกิจกรรมการผลิตของมนุษย์ทำให้การบำบัดน้ำเสียที่ไม่ก่อมลพิษและประหยัดทรัพยากรกลายเป็นปัญหาเร่งด่วน การใช้วิธีการจับกลุ่มและสารที่เหมาะสมสามารถให้ผลลัพธ์การรักษาที่ดีเยี่ยมด้วยต้นทุนที่ต่ำ ปัจจุบัน สารตกตะกอนได้เปลี่ยนจากน้ำหนักโมเลกุลต่ำไปเป็นน้ำหนักโมเลกุลสูง และจากชนิดเดี่ยวไปเป็นชนิดคอมโพสิต ช่วยขจัดสิ่งเจือปนที่แขวนลอยและละลายน้ำ โลหะหนัก และสีออกจากน้ำเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพ