Analyse der Gründe für das Flockenschwimmen bei Koagulations- und Sedimentationsexperimenten im kleinen Maßstab

Einleitung Bei der Inbetriebnahme eines Abwassersystems sind Koagulations- und Sedimentationsexperimente im kleinen-Maßstab erforderlich. Das Phänomen des Flockenaufschwimmens während dieser Experimente ist ein häufiges, aber lohnenswertes Problem, das es eingehend zu analysieren gilt. Dies weist in der Regel darauf hin, dass einer oder mehrere Schlüsselaspekte des experimentellen Prozesses angepasst werden müssen.

Der Hauptgrund dafür, dass Flocken schwimmen statt zu sinken, liegt darin, dass die Flockendichte geringer ist als die von Wasser oder dass sie durch äußere Kräfte wie Luftblasen unterstützt werden. Wir können dieses Problem unter folgenden Aspekten systematisch untersuchen und lösen:

I. Analyse der Hauptursachen und Lösungen

1. Probleme mit der Dosierung von PAC (Polyaluminiumchlorid).

Ursachen:

• Unzureichende Dosierung: Das durch Hydrolyse erzeugte Aluminiumhydroxid-Kolloid reicht nicht aus, um die Ladung der kolloidalen Partikel im Wasser vollständig zu neutralisieren, sodass keine großen und dichten Flocken gebildet werden.
• Übermäßige Dosierung: Übermäßiges PAC führt dazu, dass sich die Oberflächenladung kolloidaler Partikel umkehrt (von negativ zu positiv), was zu einer erneuten Stabilisierung des Kolloids und Schwierigkeiten bei der Aggregation führt. Gleichzeitig verbraucht eine übermäßige Aluminiumsalzhydrolyse Alkalität, wodurch das Wasser möglicherweise sauer wird und das erzeugte Aluminiumhydroxidkolloid zu leicht ist.

Lösungen:

• Führen Sie Bechertests durch, um die optimale Dosierung zu ermitteln. Beginnen Sie im Allgemeinen mit 50 mg/L und erhöhen Sie diese schrittweise (z. B. 50, 100, 150, 200 mg/L) und beobachten Sie dabei Flockenbildung und Sedimentation.
• Überprüfen Sie, ob die PAC-Lösung abgelaufen ist (z. B. aufgrund zu langer Vorbereitungszeit oder Hydrolyseausfällung). Es wird eine frisch zubereitete Lösung empfohlen.

2. Probleme bei der Dosierung von PAM (Polyacrylamid).

Ursachen:

• Für allgemeines Abwasser sollte kationisches PAM verwendet werden, da kolloidale Partikel normalerweise negativ geladen sind.
• Wenn anionisches PAM fälschlicherweise verwendet wird, stößt es negativ geladene Partikel ab, was die Brückenbildung erschwert.
• Wenn fälschlicherweise nichtionisches PAM verwendet wird, kann eine Ladungsfehlanpassung zu schlechten Ergebnissen führen.
• Falsche Dosierungsreihenfolge: Zum schnellen Mischen und Destabilisieren muss zuerst PAC zugegeben werden. Nach einer Pause von ca. 1-2 Minuten sollte PAM zur langsamen Durchmischung und Koagulationsunterstützung hinzugefügt werden. Eine Umkehrung der Reihenfolge oder ein zu kurzes Intervall verringern die Wirksamkeit erheblich.
• Übermäßige Dosierung: PAM ist ein Polymer mit hohem-molekularem-Gewicht. Übermäßiger Gebrauch kann zu einem „Wickeleffekt“ führen, bei dem die Flocken locker werden, einen hohen Wassergehalt haben und eine geringe Dichte aufweisen, sodass sie schwimmen. Dies ist eine der wahrscheinlichsten Ursachen für Flockenschwimmen.
• Falsche PAM-Typauswahl:
• Zu hohe PAM-Konzentration oder unzureichende Auflösung: Dies führt zu einer ungleichmäßigen Verteilung im Abwasser, einem lokalen Überschuss und der Bildung von „Klumpen“, die schwimmen.

Lösungen:

• Halten Sie sich strikt an die Reihenfolge „Zuerst PAC, dann PAM“ und kontrollieren Sie das Intervall sorgfältig.
• Führen Sie Tests mit deutlich reduzierter PAM-Dosierung durch. Die Dosierung von PAM ist normalerweise sehr gering, möglicherweise 1-5 mg/L oder sogar weniger. Versuchen Sie, mit 0,5 mg/L zu beginnen und diese schrittweise zu steigern.
• Bestätigen Sie, dass kationisches PAM verwendet wird. Wenden Sie sich an den Lieferanten oder lesen Sie die Produktanweisungen.
• Die PAM-Lösung muss gründlich gerührt und aufgelöst werden (was normalerweise 40–60 Minuten dauert). Die empfohlene Konzentration beträgt 0,1 % bis 0,3 % (Promille bis drei Promille).

3. Merkmale der Abwasserqualität

Ursachen:

• Hohe Mengen an Öl oder organischen Stoffen im Wasser: Diese Stoffe haben eine geringe Dichte und verringern, wenn sie in Flocken eingekapselt werden, die Gesamtdichte.
• Zu hoher Salz- oder Tensidgehalt: Dies kann die Hydrolyse- und Ladungsneutralisierungseffekte des Reagenzes beeinträchtigen.
• Zu hohe organische Belastung im Wasser: Es bilden sich „klebrige“ Flocken, die Luftblasen einschließen.

Lösungen:

• Machen Sie sich nach Möglichkeit mit der Quelle und den Hauptbestandteilen des Abwassers vertraut.
• Versuchen Sie, den pH-Wert anzupassen. Der optimale pH-Bereich für PAC liegt im Allgemeinen zwischen 6,5 und 7,5. Ein zu niedriger oder zu hoher pH-Wert beeinflusst die Morphologie seiner Hydrolyseprodukte. Stellen Sie den pH-Wert mit NaOH oder verdünnter Säure ein und versuchen Sie es erneut.
• Überlegen Sie, ob eine Vorbehandlung (z. B. Ölabscheidung) erforderlich ist.

4. Experimenteller Betrieb und hydraulische Bedingungen

Ursachen:

• PAC-Dosierungsstufe: Erfordert schnelles und kräftiges Mischen (z. B. 250–300 U/min, 30–60 Sekunden), um eine sofortige und gleichmäßige Verteilung des Reagenzes sicherzustellen.
• PAM-Zugabephase: Langsames, sanftes Mischen ist erforderlich (z. B. 40–60 U/min, 10–20 Minuten), um das Flockenwachstum zu fördern, ohne sie zu zerstören.
• Falsche Mischintensität und -zeit:
• Beim Mischen eingebrachte Luft: Durch kräftiges Mischen oder die falsche Platzierung des Rührwerks können große Mengen Luft in das Wasser gelangen und Mikroblasen bilden, die an den Flocken haften und diese zum Schwimmen bringen.
• Unzureichende Absetzzeit: Die Flocken haben sich nicht vollständig verdichtet und abgesetzt.
• Niedrige Wassertemperatur: Wenn die Wassertemperatur unter 10 Grad liegt, verlangsamen sich die Hydrolyse- und Reaktionsgeschwindigkeiten, was zu kleinen, losen Flocken führt.

Lösungen:

• Kontrollieren Sie den zweistufigen Mischvorgang und die Intensität genau.
• Überprüfen Sie die Tiefe des Rührwerks, um Wirbel auf der Flüssigkeitsoberfläche zu vermeiden, die Luft einbringen.
• Warten Sie ausreichend Eingewöhnungszeit (z. B. 30 Minuten) und beobachten Sie die Veränderungen während des Prozesses sorgfältig.

II. Zusammenfassung der schnellen Schritte zur Fehlerbehebung

1. Reduzieren Sie die Dosierung: Reduzieren Sie die Menge an zugesetztem PAM deutlich; Dies ist die wahrscheinlichste und am einfachsten anzupassende Variable.

2. Reihenfolge prüfen: Bestätigen Sie die Dosierungsreihenfolge als PAC → (schnelles Rühren für 1–2 Minuten) → PAM → (langsames Rühren).

3. Validieren Sie die Reagenzien:

• Bereiten Sie simuliertes Abwasser mit sauberem Wasser und Standardton (z. B. Kaolin) vor, um die Wirksamkeit von PAC/PAM zu testen und Probleme mit der Reagenzieninaktivierung auszuschließen.
• Bestätigen Sie den PAM-Typ.

4.Optimieren Sie den Prozess:

• Führen Sie einen systematischen Glastest durch und testen Sie dabei verschiedene PAC-Dosierungen (mit einer festen kleinen Menge PAM) und verschiedene PAM-Dosierungen (mit einer festen optimalen PAC-Dosierung) in mehreren Bechern.
• Überprüfen Sie die Geschwindigkeit und Zeit des schnellen und langsamen Rührens und passen Sie sie an.

5. Details beachten:

• Kommt es beim Rühren oder nach dem Absetzen zu Flockenaufschwimmen? Das Aufschwimmen während des Rührens hängt oft mit Luftblasen zusammen, während das Aufschwimmen nach dem Absetzen oft darauf zurückzuführen ist, dass die Flocken zu leicht sind.
• Beobachten Sie die Flockenmorphologie: Sind sie groß und flauschig, wolkenartig (möglicherweise aufgrund übermäßiger PAM) oder klein und trüb (unzureichende PAC oder unzureichende Durchmischung)?