Παρασκευή, μελέτη ιδιοτήτων και εφαρμογές καινοτόμων αντιδραστήριων κροκίδωσης (του αργιλίου), για την κατεργασία καθαρισμού του νερού και των υγρών αποβλήτων:
Creators: name: Τζούπανος, Νικόλαος
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Σύνθετα κροκιδωτικά αργιλίου
Κατεργασία νερού
Κατεργασία υγρών αποβλήτων
Πολυπυριτικά και πολυηλεκτρολύτες
Composite aluminium coagulants
Water treatment
Wastewater treatment
Polysilicates and polyelectrolytes

description: Αντικείμενα της διδακτορικής διατριβής αποτελούν η σύνθεση, μελέτη ιδιοτήτων, και εκτίμηση της ικανότητας καθαρισμού νερού και υγρών αποβλήτων καινοτόμων αντιδραστηρίων κροκίδωσης με βάση το αργίλιο. Τα νέα κροκιδωτικά προέκυψαν από το συνδυασμό χλωριούχου πολυαργιλίου (PACl) με ανόργανα (πολυπυριτικό οξύ) και με οργανικά (μη-ιονικοί, ανιονικοί και κατιονικοί πολυηλεκτρολύτες) συστατικά. Η εισαγωγή των προσθέτων αποσκοπεί κυρίως στην αύξηση του μοριακού βάρους και μεγέθους των συστατικών των προ-πολυμερισμένων κροκιδωτικών όπως το PACl, ώστε να βελτιωθεί περαιτέρω η αποτελεσματικότητά τους στη κροκίδωση. Αρχικά προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες παρασκευής των σύνθετων κροκιδωτικών για κάθε κατηγορία. Οι συνθήκες αυτές εφαρμόστηκαν στη συνέχεια για την παρασκευή πολλών διαφορετικών αντιδραστηρίων για κάθε κατηγορία σύνθετων κροκιδωτικών, με διαφορετικούς συνδυασμούς της μοριακής αναλογίας [OH]/[Al] (βαθμός πολυμερισμού ή βασικότητα) και της περιεκτικότητας του προσθέτου και με την εφαρμογή δύο τεχνικών παρασκευής (διαδοχικός πολυμερισμός, συμπολυμερισμός). Οι ιδιότητες των αντιδραστηρίων που παρασκευάστηκαν μελετήθηκαν συστηματικά με την εφαρμογή διάφορων τεχνικών χαρακτηρισμού (όπως η τεχνική ferron, η φασματοσκοπία υπερύθρου, κτλ.). Προέκυψαν σημαντικά συμπεράσματα, με σημαντικότερο ίσως το γεγονός ότι υφίσταται αλληλεπίδραση μεταξύ των χημικών μορφών του αργιλίου και των μορίων των προσθέτων. Η αλληλεπίδραση αυτή έχει σαν αποτέλεσμα το σχηματισμό νέων χημικών μορφών στα σύνθετα κροκιδωτικά οι οποίες επηρεάζουν σε σημαντικό βαθμό τις ιδιότητές τους, με σημαντικότερες επιδράσεις την αύξηση του μεγέθους των συστατικών τους και παράλληλα την ελάττωση της περιεκτικότητας σε Al13. Μετά το χαρακτηρισμό τους, τα σύνθετα κροκιδωτικά εφαρμόστηκαν στην κατεργασία του νερού και των υγρών αποβλήτων και η αποτελεσματικότητά τους συγκρίθηκε με την αποτελεσματικότητα συμβατικών κροκιδωτικών (π.χ. alum) και απλών προ-πολυμερισμένων κροκιδωτικών τύπου PACl. Για την εκτίμηση της κροκιδωτικής ικανότητας μελετήθηκαν διάφορες παράμετροι (π.χ. απομάκρυνση θολότητας, οργανικής ύλης, κτλ.) και από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι τα σύνθετα κροκιδωτικά με τα κατάλληλα χαρακτηριστικά είναι αποτελεσματικότερα. Παράλληλα όμως, παρατηρήθηκε ότι η προσθήκη των ανόργανων ή των οργανικών προσθέτων ελαττώνει την ικανότητα εξουδετέρωσης φορτίου των σύνθετων κροκιδωτικών σε σχέση με το PACl. Από τη μελέτη της κινητικής της κροκίδωσης παρατηρήθηκε ότι με τα σύνθετα κροκιδωτικά σχηματίζονται κροκίδες μεγαλύτερου μεγέθους από ότι με το PACl, οπότε θεωρήθηκε ότι αυτή είναι η αιτία της μεγαλύτερης αποτελεσματικότητας των σύνθετων κροκιδωτικών. Επιπλέον, μελετήθηκε και η σταθερότητα των σύνθετων κροκιδωτικών για χρονικό διάστημα 6 μηνών. Σταθερότερα ήταν τα σύνθετα κροκιδωτικά με κατιονικό πολυηλεκτρολύτη, τα οποία διατηρούν τις αρχικές τους ιδιότητες για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο των 6 μηνών. Τα λιγότερο σταθερά ήταν τα σύνθετα κροκιδωτικά με ανιονικό πολυηλεκτρολύτη, στα οποία παρατηρήθηκαν αισθητές μεταβολές στις ιδιότητές τους μετά την πάροδο 1 μηνός από την παρασκευή τους. Τα σύνθετα κροκιδωτικά με μη-ιονικό πολυηλεκτρολύτη ή με πολυπυριτικά ήταν σταθερά για τουλάχιστον 2.5 μήνες. Τέλος, στα πλαίσια της διατριβής αναπτύχθηκε και μια εναλλακτική μέθοδος παρασκευής PACl σε ημιβιομηχανική κλίμακα (για εμπορικούς σκοπούς), η οποία είναι απλούστερη και οικονομικά περισσότερο συμφέρουσα από τις ήδη υπάρχουσες μεθόδους παρασκευής PACl
description: The aim of the present work is the preparation, characterization and evaluation of the coagulation performance of novel coagulation reagents based on aluminium for the treatment of water or wastewater. The new coagulants resulted after the combination of polyaluminium chloride (PACl) and various additives, either inorganic (polysilicates) or organic (non-ionic, cationic and anionic polyelectrolytes) in one composite reagent. The main purpose was the increase of the size and molecular weight of the coagulants components, in order to improve further their coagulation performance. Initially the optimum preparation conditions for the composite coagulants and for all 4 cases of additives were determined. These conditions were applied for the production of several different composite coagulants for each case, with different combinations of the molar ratio [OH]/[Al] (polymerization degree or basicity) and additives content and with the application of 2 preparation procedures (i.e. co-polymerization or composite polymerization). The properties of the prepared reagents were intensively examined with the use of several characterization methods (such as the ferron technique, FTIR, etc.) and it was revealed that interactions are taking place between the Al species and the compounds used as additives. These interactions result in the formation of new chemical species, which strongly affect the properties of the composite coagulants (e.g. increase of their components size, reduction of Al13 content, etc.). Furthermore, the coagulation performance of the composite coagulants was examined for the treatment of water and wastewater and was compared with the respective coagulation performance of conventional (e.g. alum) and simple pre-polymerized coagulants such as PACl. Their treatment performance was evaluated by examining the removal rates of several parameters (e.g. turbidity, organic matter, etc.) From the coagulation experiments it was revealed that the composite coagulants (with specific properties) are more efficient in water or wastewater treatment. Moreover, it was observed that the impact of the composite coagulants on the colloids surface charge was weaker than the respective impact of PACl. The study of the coagulation kinetics showed that during coagulation with the composite coagulants flocs of bigger size are formed (than with PACl) and it was assumed that this is the reason for their higher efficiency. Finally, the stability of the prepared coagulants was studied over a period of 6 months. The most stable reagents were the composite coagulants with the cationic polyelectrolyte, (stable for more than 6 months). The most unstable reagents were those prepared with the addition of the anionic polyelectrolyte (stable for about 1 month). The composite coagulants prepared with the non-ionic polyelectrolyte or with the polysilicates were stable for at least 2.5 months. Finally, an alternative PACl preparation method was developed in semi-industrial scale (for commercial purposes). The new method proposed is simpler and more cost-effective than the usual methods applied in industry