Autor: Zbigniew Smołka, Kemipol sp. z o.o.

Koagulanty glinowe – to drugi co do wielkości dział produkcji naszej firmy. Dział , w którym odnotowujemy najwięcej wdrożeń nowych produktów. Chlorki poliglinowe z serii PAX znajdują bardzo wiele zastosowań – od produkcji wody pitnej począwszy poprzez preparowanie wód przemysłowych, oczyszczanie ścieków, na walce z bakteriami nitkowatymi kończąc. Poniżej – materiał poświęcony uzdatnianiu wody pitnej.

Firma KEMIPOL produkuje obecnie około 16 odmian chlorku poliglinu (PAX) oraz kilka rodzajów koagulantów glinowych na bazie siarczanu glinu, stając się tym samym jednym z liderów światowych w zakresie liczby asortymentów.
Szerokość gamy produkowanych koagulantów glinowych wynika bezpośrednio z wierności naszej starej zasadzie : długoletnia współpraca z usatysfakcjonowanymi klientami.
Tym łatwiej nam realizować tę zasadę , że posiadamy wysokiej klasy specjalistów produkcji , dwa nowoczesne zakłady produkcyjne oraz wsparcie Kemira Water -globalnej firmy jakiej częścią jesteśmy.

Proces modyfikacji produktów z serii PAX trwa . Kierunek : dostosowywanie odmian do wymagań poszczególnych klientów. Wymagania te stale rosną , bowiem  kryteria stawiane wodzie przeznaczonej do spożycia przez ludzi są coraz ostrzejsze i współbieżne z rozwojem technik analitycznych oraz wiedzy na temat wpływu zanieczyszczeń szkodliwych dla zdrowia człowieka.
Celowym jest podkreślenie w tym miejscu , że produkty starsze , od których startowaliśmy – takie jak PAX 16 czy PAX 18 dalej znajdują bardzo liczne zastosowania mające swoje uzasadnienie tak technologiczne jak i – co równie ważne – ekonomiczne.

Koagulanty typu PAX są coraz powszechniej stosowanymi produktami w technologii produkcji wody.
Zapewniają odpowiednie parametry technologiczne przy jednoczesnej prostocie w technice dozowania . Unika się pracochłonnego i energochłonnego procesu przygotowywania roztworu , pompy dozujące są mniejsze – energooszczędne , nie wymagane są duże kubatury magazynowe. Ewentualna zamiana stosowanego chlorku poliglinu na inny typ przebiegać może w sposób bezproblemowy.

Materiał niniejszy przedstawia bardzo skrótowy zarys głównych cech poszczególnych rodzajów PAX . Ze zrozumiałych względów nie zawiera szczegółowych danych – to w wypadku zainteresowania stanowić może przedmiot następnych publikacji.
Opracowano go na podstawie dotychczasowych doświadczeń na wielu zakładach produkcyjnych wody pitnej na południu Polski.
Szczególnego znaczenia nabierają liczne testy laboratoryjne o charakterze porównawczym z uwzględnieniem wszystkich odmian chlorku poliglinu oraz siarczanu glinowego, wykonane w okresie listopad 2006 – wrzesień 2007 na wielu rodzajach wód surowych.
Badania są tym bardziej interesujące , ponieważ wśród testowanych koagulantów znalazła się grupa nowych wysokozasadowych PAX XL19 , PAX XL1905 , PAX XL19F oraz PAX XL 1908 , których wdrożenia eksploatacyjne w Polsce następują sukcesywnie od 2003 roku.

 Kilka informacji o chlorkach poli-glinu.

Poszczególne odmiany chlorków poliglinu różnią się niżej wymienionymi
parametrami :

• zasadowością  - rozróżniamy :

- niskozasadowe ( PAX 14 , PAX 16 , PAX 18 )
- średniozasadowe ( np. PAX XL 1 , PAX XL 3 , PAX XL 9 ,                 
  PAX XL 10 , PAX XL 60 , PAX XL 61 , PAX XL 69 )
- wysokozasadowe ( PAX XL 19 , PAX XL 1905 , PAX XL 1908    PAX XL 19F )

• zawartością glinu (wagowo od 4,5% do 12,5% )
• zawartością jonów chlorkowych ( od 5,0 % do 22% )
• obecnością lub brakiem modyfikantów - rozróżniamy :

- modyfikanty kationowe ( jony Si , Mg , Ca , Na )
- modyfikanty anionowe  (  jony SO42- , NO3- )

• tzw. modułem masowym – czyli stosunkiem zawartości glinu do chlorków

• polimeryzacją związku – czyli ogólnie opisując strukturą budowy cząsteczek , typami ich łączeń oraz wynikającym z tego rozkładem powierzchniowym ładunku.

O doborze odpowiedniego koagulantu decyduje wiele czynników. Do najbardziej znaczących należą :
     - rodzaj wody pobieranej do uzdatniania ,
     - skład i wielkość zanieczyszczeń wody surowej oraz ich zmienność w czasie
     - typ układu technologicznego którym dany obiekt dysponuje ( koagulacja stała lub sezonowa , koagulacja objętościowa z osadnikami pionowymi lub poziomymi , koagulacja z osadem zawieszonym w postaci akcelatorów lub pulsatorów, koagulacja powierzchniowa na filtrach kontaktowych , efektywność mieszaczy wody , czasy przepływów na dystansie punkt dozowania – osadniki lub filtry itd. )
     - koszty eksploatacyjne
     - ochrona przed zagrożeniem powstawania szkodliwych zanieczyszczeń wtórnych podczas procesu uzdatniania
     - konieczność zapewnienia chemicznej i biologicznej stabilności wody wprowadzanej do sieci

W ostatnim czasie obserwuje się wzrost zainteresowania dwoma ostatnimi czynnikami – zwłaszcza w przypadkach dużych i przewymiarowanych systemów wodociągowych , często o złym stanie technicznym.
Rozporządzenie M.Z. z dnia 19 listopada 2002 stwierdza jednoznacznie , że jakość wody musi spełniać określone wymagania  w miejscu jej poboru przez odbiorców. Tym samym troską producenta wody jest nie tylko produkcja wody o odpowiednich parametrach na wyjściu z zakładu uzdatniania , ale zapewnienie stabilności wody - aby zminimalizować niebezpieczeństwo jej wtórnego zanieczyszczenia - w całym systemie rozprowadzania.

Chlorki poliglinu  o niskiej zasadowości : PAX 14 ,. PAX 16 oraz PAX 18.

Koagulanty te znajdują swoje uzasadnione zastosowanie w wypadku wód o tzw. wysokiej buforowości, mniej podatnych na spadek pH i zasadowości.
Zastosowanie PAX 16 lub PAX 18 jest zasadne , gdy brak problemów z agresywnością wody , frakcją organiczną i tworzeniem się ( zwłaszcza na etapach dozowania związków chloru  ) substancji szkodliwych – takich jak THM-y.
Uzyskiwane poziomy glinu resztkowego są z reguły znacząco większe niż dla PAX-ów o wyższej zasadowości , lecz jednocześnie mniejsze od popularnego dotąd siarczanu glinu ( średnie notowane wyniki to zakres 15 – 50% redukcji w stosunku do identycznych dawek siarczanu glinu )
Optymalne pH wody surowej wynosi  7,0 – 8,0.
Na niektórych rodzajach wód – zwłaszcza rzecznych - odnotowuje się dobrą redukcję mętności i barwy , porównywalną z pozostałymi PAX-ami.
Na kilku zakładach uzdatniania stwierdzono także dobrą redukcję manganu               ( 75 – 85% redukcji w stosunku do wody surowej ). Mniejsze stacje uzdatniania korzystające z wód górskich  charakteryzujących się gwałtownymi zmianami parametrów wody surowej – a zwłaszcza mętności – stosują PAX 16 jako zamiennik PAX XL 1 lub PAX XL 60 . Używa się go przy mętności przekraczającej 100 NTU.

Trudno o jednoznaczne opinie na temat szybkości formowania kłaczków i ich opadalności przy stosowaniu PAX 16 i PAX 18. Wprawdzie każdorazowe testy lab. zawierają takie obserwacje , jednak wnioski bywają różne – zależne od rodzaju wody poddawanej testom , a także dawki koagulantu.
Generalnie – przy większych mętnościach wody surowej ( powyżej 10 NTU ) parametry  te nie odbiegają od średnich uzyskiwanych przy użyciu większości PAX-ów o wyższej zasadowości.

Na koniec jeszcze dwie ważne cechy :
Po pierwsze - temperatura krzepnięcia dla tych PAX-ów wynosi – 20oC .
Spora ilość zakładów posiada duże zbiorniki magazynowe PAX 16 , zlokalizowane na zewnątrz pomieszczeń ogrzewanych. Zapewniając ocieplenie linii ssącej stosują takie rozwiązanie z powodzeniem od lat.
Po drugie – te PAX-y są najtańsze . Ich ceny są niższe od odmian najdroższych około 2 – 2,5 krotnie.

Chlorki poliglinu o średniej zasadowości PAX XL 1, PAX XL3 , PAX XL9 , PAX XL 10 , PAX XL 60 ,61 , 69

W tej grupie ( zasadowość od 40 do 70% ) mamy najwięcej odmian i typów chlorku poliglinu. Wszystkie modyfikowane anionowo i kationowo.
Tym samym o skuteczności poszczególnych typów decydują nie tylko ich podstawowe parametry , takie jak zasadowość czy zawartość glinu ale także modyfikatory.
Testy koagulacji wykonywane cyklicznie na różnych rodzajach wód surowych takich jak  rzeka Wisła , Jezioro Goczałkowickie , zbiornik Kozłowa Góra , zbiornik Czaniec na rzece Soła , rzeka Koszarawa , rzeka Czarna Przemsza czy rzeka Dunajec wykazały jednoznacznie , że przy zachowaniu pH wody nie przekraczającego warunków typowych , czyli mniejszego od 8,0 najszybsze formowanie kłaczków i najlepszą ich  opadalność   w grupie koagulantów średnio i nisko zasadowych – a kilkakrotnie także w całej grupie PAX-ów - uzyskiwano przy użyciu PAX XL 60 , 69 , 61 i to w szerokim zakresie dawek.

Określając tę zaletę PAX XL z serii 60 należy wspomnieć , że w wodociągach zasilanych wodą z rzeki Dunajec , PAX XL 60 pozwala uzyskiwać najlepszą redukcję mętności z całej gamy PAX-ów oraz koagulantów typu Flokor.
Dodatkowym atutem jest tutaj tworzenie największych kłaczków o dobrej charakterystyce opadalności – co ma swoje znaczenie w wypadku SUW wyposażonych w osadniki pokoagulacyjne pionowe.
Podobne doświadczenia uzyskano podczas testów na wodzie surowej z rzeki Dłubnia w Krakowie – tym razem jednak najlepsze redukcje mętności i najlepsze osadzanie floków uzyskiwano stosując PAX XL 10. Parametry wody surowej w obu wypadkach ( rzeka Dłubnia i rzeka Dunajec ) były zbliżone : mętność w granicach 8 -10 NTU , pH w przedziale 7,5– 8,2 , temperatura 8 - 10 oC.
Podaję ten przykład celowo – aby jeszcze raz podkreślić znaczenie testów w pełnej skali - dla każdego typu wody surowej – niezależnie od zdawało by się identycznych parametrów wody.
Odnotować także należy bardzo dobrą skuteczność PAX XL 10 przy procesie koagulacji zimnych wód pochodzenia podziemnego.

Uwzględniając wykładnie teoretyczne największe redukcje mętności powinny być osiągane przy użyciu PAX-ów o zasadowości zbliżonej do 65% - a więc dla grupy PAX-ów średnio zasadowych właśnie.
Reguła ta znalazła potwierdzenie w większości doświadczeń. Dotyczy to zwłaszcza sytuacji , kiedy poszczególne PAX-y dozowano w przeliczeniu na identyczne dawki glinu. Odnotowano kilka przypadków , kiedy  lepsze wyniki osiągano stosując PAX 16 lub PAX18 czy też grupę PAX-ów wysoko zasadowych.

Glin resztkowy.
Proces koagulacji z zastosowaniem PAX-ów z grupy średnio zasadowych pozwala uzyskać mniejsze poziomy glinu resztkowego od grupy PAX-ów nisko zasadowych, uwzględniając podobne wartości pH wody surowej i identyczne dawki koagulantów.
Różnice te wahały się w zakresie 10 – 50% w zależności od jakości wody surowej.
Liczne testy pozwalają ustalić szereg w przybliżonej kolejności ( od najmniejszego glinu resztkowego , do największego  , przy pH w zakresie 6,9 do 7,5 i identycznych dawkach ) :
PAX XL 10 ,PAX XL 9 , PAX XL 1, 3 , PAX XL 61 , 69 , PAX XL 60. Odpowiada to w przybliżeniu zasadowości poszczególnych koagulantów.
Charakterystyczną cechą dla grupy PAX-ów o średniej zasadowości jest wzrost poziomu glinu resztkowego wraz z wzrostem pH wody. Po przekroczeniu pH = 8,5 odnotowywano 2-3 krotny wzrost glinu resztkowego w porównaniu do średniego poziomu w zakresie pH = 6,9 – 8,0 .Najmniejszą odporność na wzrost pH wykazywał w testach porównawczych PAX XL 60 , który np. przy pH = 9,0 – 9,5 przy porównywalnych dawkach  uzyskiwał poziom rzędu 0,5 do 0,6 mg Al/l , podczas gdy PAX XL 10 , PAX XL 1 czy PAX XL 3 – poziom rzędu 0,2 do 0,25 mg Al/l.

W zakresie redukcji frakcji związków organicznych badania wykazują większą skuteczność PAX-ów średnio zasadowych od PAX-ów nisko zasadowych.
W zależności od dawki skuteczność redukcji OWO wzrasta w przedziale 15 – 22%

Poziomy wolnego CO2 przy stosowaniu PAX-ów średnio zasadowych są niższe przeciętnie o około 10 – 20% w porównaniu z identycznymi dawkami PAX 16 lub PAX 18.

Chlorki poliglinu o wysokiej zasadowości PAX XL 19 , PAX XL 19F , PAX XL 1908 , PAX XL 1905.

Grupa PAX-ów wdrażana do aplikacji w branży wody pitnej od kilku lat.
Zasadowość w tej grupie to 85%.
Wysoka polimeryzacja , wyjątkowo wysoki ładunek powierzchniowy powodują wysoką efektywność wyżej wymienionej grupy w neutralizacji ładunku powierzchniowego zanieczyszczeń koloidalnych – w tym barwnych. Odporność wysoko spolimeryzowanych PAX-ów na przedawkowanie  powoduje , że możliwe jest prowadzenie koagulacji głębokiej ( wymiatającej ) bez wzrostu stężenia glinu resztkowego w uzdatnianej wodzie.

Niski poziom glinu resztkowego – to bardzo zauważalna cecha procesów koagulacji prowadzonej przy zastosowaniu koagulantów z tej grupy.
Zjawisko potwierdza wiele testów i praktycznych aplikacji na kilku SUW-ach.
Redukcja poziomu glinu resztkowego w stosunku do reszty PAX-ów jest znaczna i przy porównywalnych dawkach wynosić może od 50 do 90% !
Nie mniej ważnym aspektem jest szeroki zakres  pH przy którym możliwe jest prowadzenie koagulacji bez obaw o znaczący wzrost glinu resztkowego.
Dotyczy to zwłaszcza pH wyższego od 8,0.
Te sprawdzone fakty są podstawą do stosowania PAX XL 19F lub PAX XL 19 na tych zakładach produkcyjnych , gdzie dotychczas były problemy z wysoką zawartością glinu resztkowego, lub gdzie niezbędne jest wprowadzenie procesu korekty pH wody a okres modernizacyjny stacji się przedłuża.

Nie mniej zauważalnym faktem pozostaje mniejszy spadek alkaliczności wody poddawanej obróbce przy zastosowaniu PAX XL 19 lub pozostałych.
Odnotowuje się także znacząco mniejszą produkcję CO2 ( mniejszą w przedziale 10 -35% ) , a badania nad agresywnością kwasowęglanową wody potwierdzają znacznie mniejszą intensyfikację korozyjności w porównaniu do całej reszty PAX-ów.

Przy użyciu PAX-ów z tej grupy osiąga się wysokie redukcje zawiesiny – nie zawsze jednak znacząco wyższe od grup pozostałych. Faktem natomiast jest znacząco mniejsza dawka techniczna ( zwłaszcza PAX XL 19 ) niezbędna do osiągnięcia efektów porównywalnych do pozostałych – wymienionych wyżej PAX-ów.

W grupie tej mamy 3 produkty różniące się zawartością glinu ( odpowiednio 12,5 , 8,5 i 6,0 % glinu wagowo ) i jonów chlorkowych przy tej samej wysokiej zasadowości , co pozwala w sposób optymalny dobrać produkt do potrzeb danej wody uwzględniając szczególnie dawki optymalne.