Učinek uporabe PAC pri čiščenju vode v termoelektrarnah
1. Predhodna obdelava dolivalne vode
Naravna vodna telesa pogosto vsebujejo blato, glino, humus in druge suspendirane snovi ter koloidne nečistoče ter bakterije, glive, alge, viruse in druge mikroorganizme, ki so v vodi do določene stabilnosti in so glavni vzrok za motnost, barvo in vonj vode. Te prekomerne organske snovi vstopijo v ionski izmenjevalec, onesnažijo smolo, zmanjšajo izmenjalno kapaciteto smole in celo vplivajo na kakovost iztoka iz sistema za razsoljevanje. Glavni namen koagulacijske, usedalne in filtracijske obdelave je odstranitev teh nečistoč, da se vsebnost suspendiranih snovi v vodi zmanjša na manj kot 5 mg/l, torej da se dobi bistra voda. To se imenuje predobdelava vode. Po predobdelavi se voda lahko uporablja kot kotlovska voda šele, ko se z ionsko izmenjavo odstranijo raztopljene soli v vodi, raztopljeni plini pa se odstranijo s segrevanjem, sesanjem ali pihanjem. Če se te nečistoče najprej ne odstranijo, nadaljnje obdelave (razsoljevanja) ni mogoče izvesti. Zato je koagulacijska obdelava vode pomemben člen v procesu čiščenja vode.
Postopek predobdelave v termoelektrarni je naslednji: surova voda → koagulacija → obarjanje in bistrenje → filtracija. Koagulanti, ki se običajno uporabljajo v postopku koagulacije, so polialuminijev klorid, poliželezov sulfat, aluminijev sulfat, železov triklorid itd. V nadaljevanju je predstavljena predvsem uporaba polialuminijevega klorida.
Polialuminijev klorid, imenovan PAC, temelji na aluminijevem pepelu ali aluminijevih mineralih kot surovini. Pri visoki temperaturi in določenem tlaku se z reakcijo z alkalijami in aluminijem proizvede polimer. Surovine in proizvodni postopek se razlikujejo, zato specifikacije izdelka niso enake. Molekulska formula PAC [Al2(OH)nCI6-n]m, kjer je n lahko katero koli celo število med 1 in 5, m pa je celo število skupine 10. PAC je na voljo v trdni in tekoči obliki.
2. Mehanizem koagulacije
Koagulanti imajo na koloidne delce v vodi tri glavne učinke: električna nevtralizacija, adsorpcijsko premostitev in pometanje. Kateri od teh treh učinkov je glavni, je odvisen od vrste in odmerka koagulanta, narave in vsebnosti koloidnih delcev v vodi ter pH vrednosti vode. Mehanizem delovanja polialuminijevega klorida je podoben mehanizmu delovanja aluminijevega sulfata, obnašanje aluminijevega sulfata v vodi pa se nanaša na proces nastajanja različnih hidroliziranih spojin Al3+.
Polialuminijev klorid lahko pod določenimi pogoji obravnavamo kot različne vmesne produkte v procesu hidrolize in polimerizacije aluminijevega klorida v Al(OH)3. V vodi je neposredno prisoten v obliki različnih polimernih zvrsti in Al(OH)a(s), brez procesa hidrolize Al3+.
3. Uporaba in vplivni dejavniki
1. Temperatura vode
Temperatura vode ima očiten vpliv na učinek koagulacije. Pri nizki temperaturi vode je hidroliza koagulanta težja, zlasti če je temperatura vode nižja od 5 ℃, je hitrost hidrolize počasna, nastali flokulant pa ima rahlejšo strukturo, visoko vsebnost vode in drobne delce. Pri nizki temperaturi vode se pospeši solvatacija koloidnih delcev, čas flokulacije je daljši in hitrost sedimentacije počasnejša. Raziskave kažejo, da je temperatura vode od 25 do 30 ℃ primernejša.
2. pH vrednost vode
Postopek hidrolize polialuminijevega klorida je postopek neprekinjenega sproščanja H+. Zato bodo pri različnih pH pogojih nastali različni hidrolizni intermediati, optimalna pH vrednost koagulacije s polialuminijevim kloridom pa je običajno med 6,5 in 7,5. V tem času je koagulacijski učinek večji.
3. Odmerjanje koagulanta
Ko je količina dodanega koagulanta nezadostna, je preostala motnost v izpustni vodi večja. Ko je količina prevelika, se zaradi adsorbiranja prekomernega koagulanta koloidni delci v vodi spremenijo nabojne lastnosti koloidnih delcev, zaradi česar se preostala motnost v iztoku ponovno poveča. Proces koagulacije ni preprosta kemijska reakcija, zato potrebnega odmerka ni mogoče določiti z izračunom, temveč ga je treba določiti glede na specifično kakovost vode, da se določi ustrezen odmerek. Ko se kakovost vode sezonsko spreminja, je treba odmerek ustrezno prilagoditi.
4. Kontaktni medij
Če je v procesu koagulacije ali druge obdelave s padavinami v vodi določena količina blatne plasti, se lahko učinek koagulacije znatno izboljša. Z veliko površino lahko s pomočjo adsorpcije, katalize in kristalizacijskega jedra izboljša učinek koagulacije.
Koagulacijska precipitacija je trenutno široko uporabljena metoda za čiščenje vode. Polialuminijev klorid se v industriji uporablja kot flokulant za čiščenje vode, saj ima dobre koagulacijske lastnosti, velike flokulante, manjši odmerek, visoko učinkovitost, hitro precipitacijo, širok spekter uporabe in druge prednosti. V primerjavi s tradicionalnim flokulantom se lahko odmerek zmanjša za 1/3 do 1/2, stroški pa se lahko prihranijo za 40 %. V kombinaciji z delovanjem filtra brez ventila in filtra z aktivnim ogljem se motnost surove vode močno zmanjša, kakovost iztoka iz sistema za razsoljevanje se izboljša, izmenjalna zmogljivost razsoljevalne smole pa se poveča, obratovalni stroški pa se zmanjšajo.