انعقاد و لخته‌سازی
انعقاد و لخته‌سازی (coagulation and flocculation)
انعقاد و لخته‌سازی از جمله فرایندهایی است که برای حذف مواد معلق یا کلوئیدی به کار می‌رود.
کلوئیدها ذراتی هستند که دامنه آنها ۰.۱ تا ۱ نانومتر هستند.
این ذرات در حالت عادی ته نشین نمی‌شوند و نمی‌توان آنها را با فرآیندهای معمولی تصفیه فاضلاب حذف کرد.
فرایند انعقاد شیمیایی در تصفیه آب می‌تواند توام با ته نشینی و یا بدون ته نشینی باشد. بحث انعقاد شامل جزئیات استفاده از مواد منعقدکننده و پلیمر الکترولیت‌ها می‌باشد. مراحل انعقاد فلوکولاسیون و زلال‌ســازی در تصفیه آب‌های سطحی معمــول است. فرایند انعقاد و لخته‌سازی برای حذف مواد کلوئیدی مولد کدورت، رنگ (مواد آلی طبیعی) و آلک (فیتوپلانکتون) باکتریها و ویروس‌ها می‌باشد.
کلوئیدهای موجود در فاضلاب آب‌گریز یا آب دوست هستند.
کلوئیدهای آب‌گریز
(گل رس و …) هیچ کششی به محیط مایع ندارند و در حضور الکترولیت‌ها پایداری ندارند. آنها به سادگی با انعقاد ته نشین می‌شوند.
کلوئیدهای آب‌دوست
کلوئیدهای آب‌دوست مانند پروتئین‌ها، کشش قابل ملاحظه‌ای را به آب نشان می‌دهند.
آب جذب شده برای لخته‌سازی بازدارنده است و غالبا به تصفیه ویژه‌ای برای رسیدن به انعقاد نیاز دارد.
خصوصیات الکتریکی کلوئیدها باعث پیدایش نیروی دافعه‌ای می‌شود که از تراکم و ته نشینی آنها جلوگیری می‌کند. یون‌های پایدارساز به شدت جذب یک لایه ثابت داخلی شده و بار ذره‌ای را تولید می‌کنند که با والانس و عدد یون‌های جذب شده تغییر می‌کند. یون‌های با بار مخالف لایه کم تراکم (Diffuse) خارجی را تشکیل می‌دهد که توسط نیروهای الکترواستاتیکی در نزدیکی سطح نگه داشته می‌شوند. پتانسیل psi به صورت افت پتانسیل بین حد فاصل کلوئید و محلول تعریف می‌شود. پتانسل زتا عبارتست از افت پتانسیل بین slipping plane و توده محلول که به بار الکتریکی ذره و ضخامت لایه دوگانه بستگی دارد. ضخامت لایه دوگانه یا غلظت و والانس الکترولیت‌های غیر ویزه نسبت عکس دارد.
از آنجا که پایداری یک کلوئید عمدتا ناشی از نیروهای الکترواستاتیک است، خنثی‌سازی این بار برای تحریک لخته‌سازی و ترسیب ضروری است. اگرچه اندازه گیری پتانسیل psi امکان پذیر نیست، پتانسیل زتا را می‌توان اندازه گیری کرد.
اندازه گیری زتا در انعقاد و لخته‌سازی
v = سرعت ذرات
E = ثابت دی الکتریک محیط
N = لزج محیط
X = پتانسیل اعمال شده در واحد طول سلول
EM = تحرک الکتروفورزی
پتانسیل زتا از طریق اندازه‌گیری تحرک ذرات کلوئیدی در مقطع یک سلول، به‌صورتی‌که از داخل میکروسکوپ دیده می‌شود، تعیین می‌گردد.
دستگاه‌های متعددی برای این منظور در بازار موجود است.
چند نمونه از کمک منعقد کنندههای مورد استفاده در تصفیه خانه‌ها عبارتند از :
کربنات سدیم، آهک هیدراته، پلی الکترولیت‌ها.
موارد کاربرد کاربرد انعقاد و لخته‌سازی شیمیایی
- در فرآیند زلال‌سازی آب خام در تولید آب آشامیدنی و صنعتی
- منعقدسازی جامدات معلق و کلوئییدها در فرآیندهای شکر و تغلیظ مایعات
- جداسازی جامدات و ترکیبات آلی در آب برگشتی سیستم‌های تبرید و حرارتی
- جداسازی جامدات، روغن و گریس و اکسیدهای نامحلول در تصفیه آب برگشتی از بخش نورد در صنعت فولاد
- حذف رنگ، مواد جامد معلق کلوئیدها در صنایع تولید محصولات پتروشیمی
- منعقد کننده در سیستم‌های تصفیه پساب‌های صنعتی و بهداشتی.
مکانیسم انعقاد و لخته‌سازی
انعقاد حاصل دو مکانیسم اساسی است :
- انعقاد پری سینتیک یا الکتروسینیتیک که در آن پتانسیل زتا به وسیله یون‌ها یا کلوئیدهای با بار مخالف تا سطح کمتر نیروهای جاذبه واندوالسی کاهش می‌یابد.
- انعقاد ارتوسنتیک، که در آن ذرات انباشته شده (micelles) و توده‌هایی را تشکیل می‌دهند که ذرات کلوئیدی را دور خود جمع می‌کنند.
افزودن کاتیون‌های با بار زیاد، بار ذره و فاصله موثر لایه مضاعف را کاهش داده و در نتیجه پتانسل زتا کاهش می‌یابد. با حل شدن ماده منعقد کننده، کاتیون‌ها با بار منفی روی کلوئیدها را خنثی می‌کنند. در انعقاد و لخته‌سازی ، این امر قبل از شکل‌گیری لخته قابل رویت اتفاق می‌افتد و اختلاط سریع که کلوئید را اندود می‌کند در این فاز موثر است. سپس لخته‌های ریز شکل می‌گیرند که به علت جذب +H بار مثبت را در دامنه اسیدی نگه می‌دارند.این لخته‌های میکرو اغلب برای خنثی‌سازی و پوشاندن درات کلوئیدی به کار می‌روند. این فرآیند لخته‌سازی یا فلوکولاسیون است که کلوئیدها را با یک لخته اکسید آبی متراکم می‌کند. در این فاز، جذب سطحی نیز فعال است. کلوئیدها که در ابتدا جذب نشدهاند، با گیر کردن در لخته‌های حذف می‌شوند.
آلومینویم ۳ بار مثبت و آهن ۳ بار مثبت در انعقاد و لخته‌سازی
در انعقاد و لخته‌سازی در صورت لزوم در ابتدا باید قلیائیت افزایش یابد ( افزایش بی کربنات باعث تولید قلیائیت می‌شود بدون اینکه PH بالا برود)، سپس آلوم یا نمک‌های آهن ۳ ظرفیتی اضافه می‌شوند. این نمک‌ها، کلوئید را با آلومینویم سه بار مثبت و آهن سه بار مثبت و لخته‌های ریز را با بار مثبت می‌پوشاند.
در فرایند انعقاد و لخته‌سازی کمک منعقد کننده‌ها مانند سیلس فعال و یا پلی‌الکترولیت‌ها برای تشخیص بیشتر لخته‌ها و کنترل پتانسل زتا در خاتمه افزوده می‌شوند. پس از افزودن قلیا و ماده منعقد کننده، اختلاط سریع ۱تا۳ دقیقه‌ای و بدنبال آن لخته‌سازی با افزودن کمک منعقد کننده به مدت ۲۰تا ۳۰ دقیقه توصیه شده است. ناپایداری را می‌توان از طریق افزودن پلمیر‌های کاتیونی به انجام رسانید که می‌توان سیستم را بدون تغییری در PH به نقطه ایزوالکتریک برساند. اگر چه پلیمر‌ها به عنوان منعقد کننده ۱۰تا ۱۵ برابر آلوم تاثیر دارند ولی میزان قابل ملاحظه‌ای گران هستند.
استفاده از سولفات آهن و آهک در تصفیه آب مقداری سختی آب را افزایش می دهد ولی خاصیت خورندگی در آب ایجاد نمی‌کند استفاده از سولفات آهن نسبت به آلوم مقرون به صرفه‌تر است ولی بهره‌برداری از سیستم به دلیل عملکرد توسط دو ماده شیمیایی مشکل‌تر خواهد بود.
سولفات آهن کلرزده شده و کلرورآهن سه ظرفیتی و آهک در تصفیه آب استفاده می‌شوند.
یکی از معمول‌ترین موارد مورد استفاده کلرور آهن(Fecl3) می‌باشد که در محدوده PH ، ۴-۱۲ مناسب می‌باشد.
مزیت استفاده از منعقد کنندههای آهن سه ظرفیتی
مزیت استفاده از منعقد کنندههای آهن سه ظرفیتی عبارت از:
- انعقاد در تغییرات وسیع PH بین ۴-۹ امکان پذیر است.
- عمل یکپارچه شدن ذرات و در نتیجه سنگینی و ته نشینی مواد سریعتر انجام می شود.
- در از بین بردن رنگ، طعم ، بو و مزه نا مطبوع آب موثرتر واقع می شود.
سولفات آهن سه ظرفیتی در فرم و اشکال مختلف کریستال جامد، مایع و پودر قابل تهیه است. آهک هیدراته، کربنات سدیم سیلیس فعال و پلی الکترولیت‌ها به عنوان مواد کمک انعقاد در تصفیه خانه آب استفاده می‌شود. آهک هیدراته با درصد خلوص ۷۰ درصد به صورت تغذیه خشک در دسترس می‌باشد. سیلیس فعال عبارت است از سیلیکات سدیم که توسط اسید سولفوریک، سولفات آلومینیوم، دی اکسیدکربن یا کلر فعال شده است. پلی الکترولیت‌ها ممکن است آنیونی یا کاتیونی و یا آمفوتریک باشند. عموماً پلی الکترولیت‌ها تحت نام و علائم تجاری در دسترس می‌باشد. از خاک رس و بنتونیت نیز به عنوان کمک منعقد کننده استفاده می‌شود.
اثرات بهداشتی مواد منعقد کننده
استفاده از مواد منعقد کننده در آب ممکن است اثرات سوء بهداشتی داشته باشد. همچنین مواد شیمیایی مضر ممکن است از طریق تولید و استفاده پلی الکترولیت‌ها به آب افزوده شود مانند آکریل آمید و اپن کلروهیدرنی که باید مقادیر آن کمتر از حداکثر مجاز باشد. برای کاهش غلظت این گونه مواد در آب باید در فرآیند آب‌گیری از لجن از برگشت آب لجن به آب خام جلوگیری کرد.
آزمایش جارتست
جهت مطالعه عمل انعقاد و تعیین میزان مواد منعقد کننده و نیز انتخاب نوع مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده از آزمایش جارتست استفاده می‌شود. در این آزمایش مقدار و میزان مواد شیمیایی لازم جهت عمل انعقاد، مقدار PH مناسب و نیز مواد شیمیایی مورد نیاز تعیین می‌شود.
روش کلی جارتست
روش کلی جارتست بصورت زیر است:
- تهیـﺔ شش نمونه یک یا دو لیتری از آب مورد نظر.
- برای هر نمونه ماده منعقد کننده یا کمک منعقد کننده مورد نظر اضافه می‌شود.
- عمل اختلاط سریع به‌وسیله همزن با سرعت زیاد به مدت یک دقیقه انجام می‌شود.
- نمونه‌های مورد آزمایش با همزن با سرعت کم به مدت ده دقیقه مخلوط می‌شود.
- زمان ظهور لخته‌ها در هر یک از نمونه‌ها یادداشت می‌شود و با توجه به نوع مواد مصرفی و PH و مواد کمکی مورد نیاز برای تصفیه آب مورد نظر تعیین می‌گردد.
هدف از انجام این تست
- تعیین مقدار مناسب ماده منعقد کننده اصلی
- تعیین مقدار مناسب ماده منعقد کننده فرعی
- تعیین پی هاش PH مناسب برا انعقاد
استفاده از جارتست بهترین روش برای تعیین کدورت و پارامترهای اپتیمم (مقدار موثر مواد منعقد کننده،PH زمان ) فلوکولاسیون و ضرورت استفاده از کمک منعقدکننده می‌باشد.
PH اپتیمم و غلظت منعقد کننده بستگی به خصوصیات و ویژگی‌های آب خام دارد. تغییرات کیفیت آب خام و انتخاب بهترین عملکرد انعقاد تنظیم PH و غلظت و نوع مواد انعقاد کننده از طریق جارتست امکان پذیر است. همچنین برای مقایسه انواع مختلف مواد منعقد کننده و غلظت مناسب تزریق مواد از این روش استفاده می‌شود.
نمک‌های آلومینیوم و آهن اسیدی بوده و PH کل بستگی به قلیائیت آب دارد. افزایش قلیائیت برای بهبود تشکیل فلوک‌ها و همچنین برای کنترل PH از طریق افزودن مواد کمکی مانند آهک و خا کستر سودا انجام می‌شود.
درحین بهره‌برداری از یک تصفیه خانه، بهره‌بردار بطور تجربی می‌تواند با توجه به کدورت آب خام ورودی مقدار مورد نیاز منعقد کننده برای حذف کدورت را مشخص نماید.
محاسن انجام این تست
- باعث حذف کدورت می‌شود.
- باعث حذف ترکیبات اضافی فاضلاب مثل OCD می‌شود.
- با استفاده از آلومینیم می‌توان مقدار فلوراید را از ۸.۵ به ۲.۱ کاهش داد.
- منجر به حذف رنگ می‌شود.
معایب
- باعث تولید لجن حجیم می‌شود که به راحتی آب خود را از دست نمی‌دهد.
- استفاده از برخی منعقد کننده‌ها مثل آلوم، آب را پایین آورده و باعث سرعت بخشیدن به خوردگی لولهها می‌شود.
- بعضی از منعقد کننده‌ها می‌توانند اثر سوئی بر بدن انسان داشته باشد.
اختلاط سریع
در حوضچه‌ها اختلاط سریع مواد شیمیایی به آب اضافه شده و به سرعت با آب مخلوط می‌گردد. معمولاً عمل اختلاط سریع از طریق بهم‌زنی شدید هیدرولیکی یا مکانیکی صورت می‌گیرد. مدت اختلاط کمتر از ۳۰ ثانیه توصیه شده است.
فلوکولاسیون (لخته سازی)
در حوضچه فلوکولاسیون شرایطی فراهم می‌شود که ذرات به یکدیگر چسبیده و تشکیل فلوک دهند. زمان ماند برای تشکیل فلوک‌ها ۲۰ دقیقه بوده و سرعت عبور آب از حوضچه نباید از ۱۵/۰ متر در دقیقه کمتر و از ۴۵/۰ متر در دقیقه بیشتر باشد. حوضچه‌های فلوکولاسیون و حوض ته نشینی باید تا آنجا که ممکن است نزدیک یکدیگر باشند. در حوضچه فلوکولاسیون از مخلوط‌کن پارویی یا تیغه‌ای که به آرامی در آب می‌چرخد استفاده می‌شود. این پاروها بطور افقی در جهت موازی یا متقاطع با جریان آب نصب می‌شوند.
فلوکولاتور پارویی شامل یک محور با بازوهای فولادی است که بر روی محور یک سری پاروی تیغه ای چوبی یا فلزی نصب شده است. محور با سرعت کم (۱۰۰-۶۰) دور در ساعت باعث یک حرکت بسیار ملایم در سیال می‌گردد و در نتیجه سبب تصادم و نزدیکی ذرات بهم خواهد شد. سرعت زیاد در حوضچه فلوکولاسیون باعث شکسته شدن فلوک‌های تشکیل شده خواهد شد.
لخته‌سازی با آلوم:
لخته‌سازی با آلوم با فیلترهای ثقلی سریع (تند) و شنی تحت فشار باید سطوحی پوشیده از لایه ژلاتین هیدروکسید آلومینیوم داشته باشند تا هر گونه خاک و شن و ذرات کلوئیدی موجود در آب را به جای ماندن در داخل ذرات شن از بستر شنی خارج کنند . علاوه بر خارج کردن مواد معلق این لایه، جلبک‌ها را نیز می‌زداید و مواد رنگی و باکتری‌های موجود در آب را نیز جدا یکی از (Al2(SO4)3 18 H2O) می‌کند. آلوم یا سولفات آلومینیوم کوآگولانت‌های بسیار رایج است از آنجا که این ماده اسیدی است نیازمند قلیائیت موجود در آب می‌باشد، تا واکنش منجر به تشکیل لخته‌های هیدروکسید آلومینیم گردد.
عملیات لخته‌سازی با آلوم
برای هر پاوند آلوم اضافه شده ، نیم پاوند سود سوزآور یا بیش از ۰.۷۵ پاوند بیکربنات سدیم برای تکمیل واکنش نیاز است. بنابراین قبل از اضافه کردن آلوم pH آب باید بین ۷.۵-۸ قلیائیت بین ۲۰۰ ۱۵۰ پی پی ام باشد. در پی هاش ۵.۵ یا بالای ۸.۵ آلوم فلاک مناسبی ایجاد نمی‌کند و ممکن است کل آن در محلول باقی بماند.
لازم است که آلوم را بعد از شستشوی معکوس اضافه کنیم. مقدار لازم برای فیلتراسیون مناسب بستگی به تجربه و طراحی فیلتر دارد. به عنوان یک راهنمایی کلی ۲تا۴ اونس آلوم برای هر فوت مربع در سطح فیلتر نیاز است. این ماده باید به صورت محلول ۱۰ % یا کمتر در یک دوره ۱ تا ۲ ساعته به ورودی فیلتر اضافه شود.
اگر آلوم خیلی سریع به آب اضافه شود پی هاش آب ممکن است به زیر ۵.۵ کاهش یابد که در این سطح فلاک تشکیل نمی‌شود اما از میان فیلترها عبور می‌کند. در هر حال وقتی این آب با آب استخر مخلوط می‌شود. پی هاش بالا می‌رود و باعث تولید فلاک آلوم در آب و کدورت و تیره شدن آب می‌گردد.
شرکت فنی و مهندسی رز آب صنعت مفتخر است با بهرهگیری از کادری مجرب و ارائه دستگاه‌های تصفیه آب را با بهترین کیفیت، راندمان بالا و کمترین قیمت را به تمام هموطنان عزیز و در تمام نقاط کشور پهناور ایران قرار دهد.
جهت دریافت مشاوره و سفارش دستگاه آب شیرین کن با شمارههای زیر تماس حاصل فرمایید:
۰۲۵۳۶۶۵۶۴۴۷*** ۰۹۱۲۲۵۳۳۶۶۷
