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Natural Flocculant from a Combination of Moringa oleifera Seeds and Cactus Cladodes (Opuntia ficus-indica) to Optimize Flocculation Properties

Eichhorn, Christian ; Weckmüller, Sina ; Urban, Wilhelm (2022)
Natural Flocculant from a Combination of Moringa oleifera Seeds and Cactus Cladodes (Opuntia ficus-indica) to Optimize Flocculation Properties.
In: Water, 14 (21)
doi: 10.3390/w14213570
Artikel, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

The lack of access to clean water worldwide and organic, inorganic as well as biological contamination of existing freshwater sources are a major problem for around 2 billion people, especially in the countries of the global south. One sign of polluted water is turbidity. It is generally caused by colloidal and particulate suspended solids. Chemical flocculants are often used to reduce turbidity and thus eliminate the mostly harmful substances that cause it. However, these have some disadvantages, such as cost and availability, so increasingly natural plant-based flocculants are coming into focus and are considered as an alternative option. In this study, Moringa seeds (Moringa oleifera) and cactus cladodes (Opuntia ficus-indica) were investigated as innovative and environmentally friendly flocculants for water treatment. The parameters investigated included absolute turbidity reduction and flocculation activity, as well as shear strength of the resulting flocs. The flocculation experiments were conducted as simultaneous tests in beakers. Experiments were conducted using both a laboratory-prepared model suspension with an initial turbidity of approximately 139 NTU and natural surface water with an initial turbidity of approximately 136 NTU. The flocculant dosages used ranged from 100 to 300 mg/L. The results show that although Moringa seeds had the highest flocculation activity (up to 93%), the flocs were very fragile and were destroyed again even at low induced shear forces. Flocculants from cactus yielded stable flocs, but the flocculation activity (maximum at 54%) was not as high as that of Moringa. The combination of the two materials resulted in a flocculant with sufficiently high flocculation activity (76%) and stable flocs, which could withstand higher shear forces potentially induced in further treatment steps.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2022
Autor(en): Eichhorn, Christian ; Weckmüller, Sina ; Urban, Wilhelm
Art des Eintrags: Bibliographie
Titel: Natural Flocculant from a Combination of Moringa oleifera Seeds and Cactus Cladodes (Opuntia ficus-indica) to Optimize Flocculation Properties
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 6 November 2022
Verlag: Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: Water
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 14
(Heft-)Nummer: 21
Kollation: 10 Seiten
DOI: 10.3390/w14213570
URL / URN: https://www.mdpi.com/2073-4441/14/21/3570/htm
Kurzbeschreibung (Abstract):

The lack of access to clean water worldwide and organic, inorganic as well as biological contamination of existing freshwater sources are a major problem for around 2 billion people, especially in the countries of the global south. One sign of polluted water is turbidity. It is generally caused by colloidal and particulate suspended solids. Chemical flocculants are often used to reduce turbidity and thus eliminate the mostly harmful substances that cause it. However, these have some disadvantages, such as cost and availability, so increasingly natural plant-based flocculants are coming into focus and are considered as an alternative option. In this study, Moringa seeds (Moringa oleifera) and cactus cladodes (Opuntia ficus-indica) were investigated as innovative and environmentally friendly flocculants for water treatment. The parameters investigated included absolute turbidity reduction and flocculation activity, as well as shear strength of the resulting flocs. The flocculation experiments were conducted as simultaneous tests in beakers. Experiments were conducted using both a laboratory-prepared model suspension with an initial turbidity of approximately 139 NTU and natural surface water with an initial turbidity of approximately 136 NTU. The flocculant dosages used ranged from 100 to 300 mg/L. The results show that although Moringa seeds had the highest flocculation activity (up to 93%), the flocs were very fragile and were destroyed again even at low induced shear forces. Flocculants from cactus yielded stable flocs, but the flocculation activity (maximum at 54%) was not as high as that of Moringa. The combination of the two materials resulted in a flocculant with sufficiently high flocculation activity (76%) and stable flocs, which could withstand higher shear forces potentially induced in further treatment steps.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Der fehlende Zugang zu sauberem Wasser weltweit und die organische, anorganische sowie biologische Verschmutzung vorhandener Süßwasserquellen sind ein großes Problem für rund 2 Milliarden Menschen, insbesondere in den Ländern des globalen Südens. Ein Zeichen für verschmutztes Wasser ist die Trübung. Sie wird im Allgemeinen durch kolloidale und partikuläre Schwebstoffe verursacht. Um die Trübung zu reduzieren und damit die meist schädlichen Verursacher zu beseitigen, werden häufig chemische Flockungsmittel eingesetzt. Diese haben jedoch einige Nachteile, wie z. B. Kosten und Verfügbarkeit, so dass zunehmend natürliche Flockungsmittel auf pflanzlicher Basis in den Fokus rücken und als Alternative in Betracht gezogen werden. In dieser Studie wurden Moringasamen (Moringa oleifera) und Kaktuskladden (Opuntia ficus-indica) als innovative und umweltfreundliche Flockungsmittel für die Wasseraufbereitung untersucht. Zu den untersuchten Parametern gehörten die absolute Trübungsreduktion und Flockungsaktivität sowie die Scherfestigkeit der entstehenden Flocken. Die Flockungsversuche wurden als Simultantests in Bechergläsern durchgeführt. Die Versuche wurden sowohl mit einer im Labor hergestellten Modellsuspension mit einer Anfangstrübung von etwa 139 NTU als auch mit natürlichem Oberflächenwasser mit einer Anfangstrübung von etwa 136 NTU durchgeführt. Die verwendeten Flockungsmitteldosierungen reichten von 100 bis 300 mg/L. Die Ergebnisse zeigen, dass Moringa-Samen zwar die höchste Flockungsaktivität (bis zu 93 %) aufwiesen, die Flocken jedoch sehr zerbrechlich waren und schon bei geringen induzierten Scherkräften wieder zerstört wurden. Flockungsmittel aus Kaktus ergaben stabile Flocken, aber die Flockungsaktivität (Maximum bei 54 %) war nicht so hoch wie die von Moringa. Die Kombination der beiden Materialien ergab ein Flockungsmittel mit ausreichend hoher Flockungsaktivität (76 %) und stabilen Flocken, die höheren Scherkräften standhalten konnten, die möglicherweise in weiteren Behandlungsschritten induziert werden.

Deutsch
Freie Schlagworte: cactus, Moringa oleifera, natural flocculant, shear strength, turbidity reduction, water treatment
Zusätzliche Informationen:

Artikel-ID: 3570

Fachbereich(e)/-gebiet(e): 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut IWAR - Wasser- und Abfalltechnik, Umwelt- und Raumplanung
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut IWAR - Wasser- und Abfalltechnik, Umwelt- und Raumplanung > Fachgebiet Wasserversorgung und Grundwasserschutz
Hinterlegungsdatum: 08 Nov 2022 07:34
Letzte Änderung: 18 Nov 2022 09:30
PPN: 501649204
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