Flokkulaation seuraaminen partikkelikokoanalysaattorilla

Abstract

Tässä työssä tutkittiin kahden erilaisen partikkelikokoanalysaattorin, PSyA:n ja PIA:n soveltuvuutta flokkuloinnin online-seurantaan. Kummallekin menetelmälle määritettiin raja-arvot, kuten lietteen maksimisakeus. Lisäksi tutkittiin flokkulanttiannostuksen, sekoitusnopeuden, sekoitusajan ja lietteen kiintoainepitoisuuden vaikutusta flokkikokojakaumaan. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin kolloidisen suspension ominaispiirteitä, koaguloinnin ja flokkuloinnin teoriaa, flokkulaation kokeellista tutkimista sekä prosessin jatkuvatoimiseen seurantaan soveltuvia laitteita. Lisäksi esitettiin taustaa hydrometallurgisesta prosessista, johon työ liittyy. Flokkauskokeissa käytettiin jätevettä, jonka koostumus vastasi metalliteollisuuden peittausjätevesien tyypillistä koostumusta. Tutkittava jätevesimäärä käsiteltiin ensin kalkkimaidolla, jonka jälkeen saostunut kiintoaine flokattiin synteettisellä polymeeriflokkulantilla. Lietteen keskimääräinen kiintoainepitoisuus oli n. 10 g/l. Esikokeiden perusteella PSyA:lla voitiin mitata ilman laimennusta, mutta PIA:lla tuloksia ei saatu ilman laimentamista kiintoainepitoisuuteen n. 2,5 g/l. Kokeiden aikana havaittiin, että flokit muodostuivat erittäin nopeasti. Flokkien hajoaminen alkoi pian sen jälkeen, kun flokkulantin annostelu lopetettiin. Sekoitusnopeudella 40 r/min tai alle flokit alkoivat laskeutua astian pohjalle sekoituksesta huolimatta ja ne pysyivät pitempään koossa kuin suuremmilla sekoitusnopeuksilla. 5 - 10 minuutin kuluttua flokkulantin lisäämisestä saavutettiin tasapaino, jolloin flokkien kokojakauma ei enää muuttunut. Sekoitusnopeuksilla 80 r/min ja 120 r/min tasapainotilanteen koko-jakauma oli selvästi kapeampi kuin pienimmällä sekoitusnopeudella. Alkuperäisessä lietteessä flokit olivat suurempia kuin laimennetussa lietteessä. PSyA:lla jännepituusjakaumien määrittäminen oli varsin hidasta prosessissa tapahtuviin muutoksiin verrattuna, ja tuloksissa oli suurta hajontaa. PIA:lla saadut partikkelikokojakaumat sitä vastoin olivat johdonmukaisempia, vaikka suurimpien flokkien määrittäminen osoittautuikin epämääräiseksi. Menetelmän suurimmaksi puutteeksi todettiin soveltumattomuus sakeiden lietteiden analysointiin. Kumpikaan menetelmä ei ilman modifiointia sovellu tutkitun lietteen kaltaisten prosessilietteiden flokkuloinnin seurantaan.

The applicability of two different particle size analysers, PSyA and PIA, in the monitoring of flocculation process has been investigated in this study. The boundary values such as the maximum solids concentration of the sludge were determined for both methods. The effect of flocculant dosage, impeller speed, mixing time and solids concentration on floc size distribution was also studied. The literature survey included the properties of colloidal suspension, the theory of coagulation and flocculation as well as online-monitoring of flocculation. The background information of the metallurgical process involving flocculation was also reviewed. In each experiment caustic was added to a certain amount of wastewater which contained dissolved metals. The metals then reacted with hydroxide ions to form metal hydroxide solids. Polymer flocculant was added to the sludge to form flocs with solid particles. The solids concentration in the sludge was approximately 10 g/l. In order to get results with PIA the sludge had to be diluted with water. PSyA worked also without sludge dilution. In the experiments performed, the floc formation proved to be very fast. With continued agitation, but no further polymer addition, the flocs started to break up and the floc size distribution became progressively finer. After a time of 5 to 10 minutes, the floc size distribution no longer changed. With impeller speed of 40 r/min or less the flocs started to settle. Increasing the impeller speed increased the fragmentation rate, resulting in smaller floc sizes at steady state. The produced flocs were larger in the original sludge than in the diluted sludge. The determination of chord length distributions with PSyA was very slow compared to the changes in the process and there was a lot of deviation in the results. The particle size distributions attained with PIA were far more consistent, even though the largest flocs were not appropriately measured. According to this study, neither of the methods is as such suitable for flocculation monitoring of the process slurries concerned.