مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فرآيند انعقاد و لخته سازی
فرايند انعقاد شيميايی در تصفيه آب می تواند توام با ته نشينی و يا بدون ته نشينی باشد. بحث انعقاد شامل جزئيات استفاده از مواد منعقدکننده و پليمر الكتروليتها می باشد. مراحل انعقاد فلوکولاسيون و زلالســازی در تصفيه آبهای سطحی معمــول است. فرايند انعقاد و لخته سازی برای حذف مواد کلوئيدی مولد کدورت، رنگ (مواد آلی طبيعی) و آلک (فيتوپلانکتون) باکتريها و ويروسها می باشد.
سيستمهای متعارف تصفيه شامل انعقاد، لخته سازی، زلالسازی و متعاقب آن فيلتر شنی تند می باشد. مواد منعقد كننده شيميايی برای خنثی سازی بار الکتريکی ذرات کلوئيدی به آب تزريق می‌شوند تا امکان توده ای شدن آنها فراهم آيد. پس از تزريق مواد، اختلاط سريع آب با مواد شيميايی در مرحله انعقاد صورت مي‌گيرد. آب پس از تزريق مواد شيميايی منعقدکننده و كمك منعقدكننده  وارد حوضچه فلوکولاسيون می شود.  اختلاط ملايم آب در حوضچه لخته سازی برای ايجاد توده های سنگينی  قابل ته نشينی صورت می گيرد.         

مواد شيميايي منعقدکننده و کمک منعقدکننده
مواد منعقدکننده مواد شيميايی هستند که برای قابل ته نشينی ساختن ذرات  بخصوص ذرات کلوئيدی در آب استفاده می شوند. مواد کمک منعقد کننده موادی هستند که برای کمک در تشکيل توده با لخته و بهبود فرآيند انعقاد استفاده می‌شوند.
مواد منعقدکننده شامل موادي دارای پايه آلومينيوم يا آهن مانند سولفات آلومينيوم يا سولفات آهن يا کلرايد پلی آلومينيوم يا كلرايد آهن مي‌باشند كه از ترکيبات پلی الکتروليتها به عنوان منعقدکننده يا کمک منعقد کننده استفاده می‌شود. از پلی الكتروليتها مانند پلی آمينها، پلی آکريل آميدها برای آبهای دارای کدورت کم و رنگ کم در روش فيلتراسيون مستقيم استفاده می‌شود. پلی الکتروليتها ممکن است کاتيونی، آنيونی و يا آمفوتريک باشند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انعقاد

ذرات لخته شونده در سوسپانسيونهای رقيق كه خواص سطحی شان به گونه ای است كه به محض تماس با ساير ذرات به آنها می چسبند و يا در هم ادغام شده تشكيل ذرات بزرگتر را می دهند و در نتيجه اندازه، شكل و احتمالاً وزن مخصوص شان پس از برخورد تغيير می يابد را نمی توان مانند ذرات مجزا ته نشين كرد، لذا مواد منعقد كننده را به مقادير لازم و كافی به آب اضافه می كنند تا ذرات كوچك، سبك و غير قابل ته نشين ، به ذرات بزرگتر و سنگين تر تبديل شده و به آسانی ته نشين شوند.

مواد غير قابل ته نشينی آب به دو دليل در برابر ته نشينی مقاومت می نمايند:

اندازه ذرات

نيروی طبيعی ميان ذرات

پتانسیل زتا (Zeta Potential  )

معمولاً ذرات كلوئيدی دارای بار الكتريكی منفی بوده و يكديگر را دفع می نمايند. در تصفيۀ آب به اين نيروی الكتريكی دافع پتانسيل زتا می گويند. اين نيروی طبيعی كافی برای جدا نگه داشتن ذرات كلوئيدی از يكديگر است و آنها را به صورت معلق در آب نگه می دارد.

نيروی واندر والس.(Vander Waals)

نيروی واندر والس (Vander Waals)  ميان تمام ذرات موجود در طبيعت وجود داشته و دو ذره را به طرف يكديگر می كشاند اين نيروی جاذب عكس پتانسيل زتا عمل می كند و تا زمانی كه پتانسيل زتا از نيروی واندر والز بزرگتر است ذرات به صورت معلق در آب باقی خواهند ماند.

فرآيند انعقاد و لخته سازی، نيروی ميان ذرات غير قابل ته نشينی را خنثی می كند و يا كاهش می دهد تا نيروی واندر والز ذرات را به طرف يكديگر بكشد و تشكيل گروه های كوچك ذرات را بدهد. اين گروه های كوچك ذرات به يكديگر چسبيده و گروه های بزرگتر ذرات ژلاتينی شكل و نسبتاً سنگين را تشكيل می دهند كه به آسانی ته نشين می شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

منعقد كننده هاي پليمري آلي

خلاصه:

به منظور تسريع در ته نشيني مواد معلق در آب خام ، كاهش و حذف كدورت آب از منعقد كننده هاي معدني و آلي بطور جداگانه يا تواماً استفاده مي شود . منعقد كننده هاي معدني نمكهاي فلزات آلومينيوم و آهن مانند كلرورفريك ، سولفات آهن ، سولفات آلومينيوم و ديگر تركيبات شيميايي مشابه هستند كه بطور وسيع در جداسازي مواد معلق ، زلالسازي آب خام و تصفيه پساب بكار برده مي شوند . با توجه به محدود بودن محدودة دامنة فعاليت منعقد كننده هاي اصلي و به منظور بالا بردن راندمان فرآيند و كاهش قابل ملاحظة كدورت ، پلي مر هاي پلي آكريل آميد بعنوان كمك منعقد كننده يا منعقد كننده مستقل استفاده ميگردند .

***

پلي الكتروليت:

تعريف:پليمرهاي منعقد كننده ، تركيباتي پلي مري با وزن ملكولي بالا ، بر پايه پلي آكريل آميد ، محلول در آب هستند كه بطور وسي عي بعنوان منعقد كننده ، افزايش دهنده سرعت ته نشيني مواد جامد معلق و كلوئيدها و رنگ بري در فرآيندهاي تصفيه و توليد مايعات بكار برده مي شوند . كاتيون يا آنيون متصل به پيكره شيميايي پلي آكريل آميد تعيين كننده نوع بار فعال، ( Cationic ) پليمر مي باشد كه بر اين اساس پلي مرها به سه دسته با بارهاي مثبت تقسيم ، با توجه به خصوصيات باردار ( Non-Ionic) و بدون بار ( Anionic ) منفي بودن ، با نام عمومي پلي الكتروليت شناخته مي شوند . وزن ملكولي و شدت بار پلي الكتروليتها در فعاليت آنها تاثير بسزايي دارد .

(Non-Ionic Polyelectrolytes) پلي الكتروليت بدون بار بر پايه پلي آكريل آميد خالص ميب اشند و پس از حل شدن در آب از خود خاصيت بدون نشان مي دهند . ( Neutral) بار ( Anionic Polyelectrolytes ) پلي الكتروليت آنيوني كوپليمرهاي آكريل آميد با خواص ارتقاء يافته باري توسط گرو ه هاي سديم آكريلات هستند ، بار منفي داشته و پس از انحلال در آب ، محلول با خواص بار منفي ايجاد مي كنند .

( Cationic Polyelectrolyte ) پلي الكتروليت كاتيوني

كوپليمرهاي آكريل آميد به همراه مونومرهاي كاتيوني بوده كه باعث ارتقاء بار مثبت در اين دسته از پليمرها ميشوند و پس از انحلال در آب ، محلول با خاصيت باري مثبت ايجاد مي كنند .

***

كاربرد:

پلي الكتروليتها با افزايش سرعت ته نشيني مواد معلق ، افزايش ابعادي و تراكم راندمان فيلتراسيون و جداسازي را افزايش داده و باعث ( Flocs ) مواد ته نشين شده ارتقاء كيفيت فرآيند و كاهش قابل ملاحظه كدورت نهايي مي شوند .

برخي كاربردهاي اين دسته از مواد عبارت است از:
• كمك منعقد كننده در فرآيند زلال سازي آب خام در توليد آب آشاميدني و صنعتي
• منعقد سازي جامدات معلق و كلوئيدها در فرآيندهاي شكر و تغليظ مايعات
• جداسازي جامدات و تركيبات آلي در آب برگشتي سيستمهاي تبريد و حرارتي
• جداسازي جامدات ، روغن و گريس و اكسيدهاي نامحلول در تصفيه آب برگشتي از بخش نورد در صنعت فولاد
• حذف رنگ ، مواد جامد معلق و كلوئيدها در صنايع توليد محصولات پتروشيمي
• منعقد كننده در سيستمهاي تصفيه پساب هاي صنعتي و بهداشتي
از آنجا كه اين دسته مواد جاذب الرطوبه شديد هستند ، از برخي گونه ها در بخش كشاورزي براي جذب آب و بالا بردن ضريب جذب آب خاك استفاده ميشود كه موضوع اين گزارش نيست .
مكانيسم منعقد سازي :
گروه هاي فعال پليمر در محيط آبي ، پيوند قوي با كلوئيدهاي معلق يا ذرات بسيار ريز ايجاد مي نمايند . در پليمرهاي نانيونيك ، فعل و انفعال بين پليمر و ذرات معلق وابسته به باندهاي هيدروژن آنها داشته و فعاليت پليمرهاي باردار ( كاتيونيك و آنيونيك) وابسته به برخوردهاي الكترواستاتيك و تبادل بار بين ذرات معلق و پليمر و ناپايداري خصوصيت سطح ذرات مي باشد . ناپايداري خواص سطح ذرات و منعقد شدن بخش اعظم يك دسته از ذرات معلق ، باعث تشكيل توده (فلاك) شده كه پس از ته نشيني براحتي قابل جداسازي مي باشند .
اثر بهينه پليمرها بر روي ذرات با اندازه گيري توانايي تاثير پليمر بر روي ذره قابل تخمين است .اين توانايي به دو عامل 1)نوع و خواص سطح ذرات 2) كيفيت آب : قدرت هدايت الكتريكي ، سختي و عوامل كاهش دهنده كشش سطحي آب ، ، pH ، يوني آب بستگي دارد .
***
انتخاب نوع پلي الكتروليت مناسب:

آب خام و پساب در فصول مختلف ، بسته به تغييرات شرايط آب و هو ايي منطقه و فرآيند توليدو نقطه برداشت آب ، تغيير كيفيت خواهد داشت ، لذا ماهيت ذرات معلق و كلوئيدها نيز متغيير خواهد بود .

بهترين روش براي انتخاب يك پلي الكتروليت مناسب ، انجام آزمايش جار تست و سايرتستهاي مشابه مي باشد .

مقدار مصرف – آماده سازي محلول:
دوز مصرف بستگي به اندازة كدورت ، ماهيت كدورت و نوع پليمر دارد و اندازة دوز مصرف توسط آزمايش جار تست قابل اندازه گيري است .

نكتة مهم : آزمايش جارتست بهترين روش تعيين اندازه مصرف مي باشد ليكن بايد همواره آزمايش با حداقل مقدار پليمر صورت پذيرد چراكه فعاليت پلي الكتروليت در دوز از لحاظ حجم لجن گذاري مشابه مي باشد (Over-Dose) پايين و در دوز بسيار بالا ليكن دوز بالا باعث باقي ماندن مقدار زياد پلي الكتروليت باقي مانده در آب (يا پساب ) و ايجاد فلا كهاي ريز معلق و روي سطح آب مي گردد كه از دو جنبة مقدار مصرف و كيفيت آب (يا پساب ) حائز اهميت مي باشد .در صورتيكه منحني مقدار فلاكها بر مبناي دوز مصرف پلي الكتروليت رسم گردد در آن صورت نقطه تاثير گذاري براحتي قابل مشاهده مي باشد .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

يكي از عمده ترين چالشهايي كه بشر امروزه با آن روبه رو است تهيه آب سالم براي عده زيادي از جمعيت جهان است . روشهاي متعددي در سالهاي اخير مورد توجه و بررسي قرار گرفته است كه ازآن ميان مي توان به فرآيند انعقاد و شناور سازي الكتريكي كه به عنوان يك نوآوري قابل توجه درصنعت آب و فاضلاب مطرح مي باشد اشاره كرد . انعقاد الكتريكي عبارت است از توليد مواد منعقد كننده در محل با استفاده از تجزيه الكتريكي الكترود هاي آلومينيوم يا آهن .در اين روش با استفاده از جريان الكتريكي و نصب الكترودهاي شيميايي از جنس آلومينيوم ، آهن و ... كه به صورت آند و كاتد عمل مي كنند ، ذرات كلوئيدي موجود در محيط آب يا فاضلاب از طريق توليد بارهاي مثبت الكتريكي از لحاظ الكتريكي خنثي شده و در نتيجه توليد Al3+ و Fe3+ و .... فرآيند لخته سازي فراهم مي گردد. فرآيند در صنايع مختلف از قبيل چوب و كاغذ ، صنايع فلزي ، خودروسازي ، صنايع شيميايي ، داروسازي و ... در مقياس واقعي طراحي و اجرا گرديده و از لحاظ بازده تصفيه و حذف انواع آلاينده هاي زيست محيطي از بازده بسيار مطلوبي برخوردار بوده است.
موضوع تصفیه آب موضوع جدیدی نیست و حتی در کتب پزشکی مربوط به چند هزار سال قبل از میلاد هم توصیه هایی در زمینه جوشانیدن آب و چگونگی نگهداری آن شده است.
مثلاً جوشانیدن آب و نگهداری آن در ظروف نقره ای که برای پادشاهان هخامنشی انجام می شده د و روش ضد عفونی آب بوده که هنوز هم معمول می باشد.
بر طبق آخرین آمار سازمان بهداشت جهانی تا سال 1992 در هر 24 ساعت ، 13000 کودک زیر یکسال در دنیا در اثر بیماریهای منتقله از آب تلف می شده اند . که به پاره ای از آنها باختصار اشاره شد.
بهر حال با توجه به مناب ع آب طبیعی و کیفیت آبهای شرب به این نتیجه می رسیم که هیچ آبی را نمی توان قبل از تصفیه و اطمینان از سالم بودن آن مصرف کرد.
روشهای مختلفی برای تبدیل آبهای طبیعی یا خام به آبهای سالم و قابل قبول مصرف کنندگان وجود دارد و روش انتخابی تصفیه بستگی به اختصاصات آ ب خام دارد . جدول ذیل حاوی خلاصه ای از فرآیندهای معمول تصفیه آب ها می باشد . کلاً در آبهای سطحی بیشتر از آبهای زیرزمینی در معرض آلودگی ها قرار دارند لذا نیاز به تصفیه بیشتری هم دارند . بنابراین به استثنای اندازه گیری جریان آب و گندزدایی معمولاً اکثر فرآیندها ی تصفیه زیر فقط بروی آبهای سطحی انجام می شود . تصفیه آب معمولاً با بعضی از فرآیند های تصفیه مقدماتی شروع می شود . این تصفیه در خارج از تصفیه خانه اصلی صورت می گیرد . تا ضمن کاهش ناخالصی ها از فشار برفرآیندهای اصلی تصفیه نیز کاسته شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

نگاه کلی
وجود ناخالصیهای معلق و کلوئیدی در آب که باعث ایجاد رنگ و بو و طعم نامطبوع آب می‌شوند، لزوم تصفیه آب را مطرح می‌کند. این ناخالصیها به کمک صاف کردن ، قابل رفع نیستند، لذا از روش انعقاد و لخته‌سازی برای حذف آنها استفاده می‌شود. افزودن یک ماده منعقد کننده به آب باعث خنثی شدن بار ذرات کلوئیدی شده ، این ذرات با نزدیک شدن به هم ذرات درشت دانه و وزین‌تری را ایجاد می‌کنند.

برای کامل کردن این عمل و ایجاد لخته‌های بزرگتر از مواد دیگری به نام کمک منعقد کننده استفاده می‌شود. لخته‌های بدست آمده که ذرات معلق و کلوئیدی را به همراه دارند، به حد کافی درشت هستند و به‌راحتی ته‌‌نشین و صاف می‌شوند.
مکانیسم انعقاد
معمولا برای حذف مواد کلوئیدی آب و فاضلاب ، از ترکیبات فلزاتی مانند آلومینیوم ، آهن یا برخی از ترکیبات الکترولیت استفاده می‌شود. املاح فلزات که به عنوان منعقد کننده وارد آب می‌شود، در اثر هیدرولیز به صورت یونی یا هیدروکسید یا هیدروکسیدهای باردار ، در می‌آید. بوجود آمدن این مولکول باردار بزرگ با خنثی نمودن ذرات کلوئیدی و کاهش پتانسیل زتا (اختلاف پتانسیل بین فاز پخش شده و محیط اطراف آن) که عامل اصلی دافعه بین ذرات کلوئیدی می‌باشد، امکان لازم برای عمل نمودن نیروی واندروالسی بوجود می‌آورند که موجب چسبیدن ذرات به یکدیگر می‌شود.

بنابراین ، عامل اصلی حذف بار کلوئیدها ، یونهای فلزی نیستند، بلکه محصولات حاصل از هیدرولیز آنها می‌باشد. با توجه به آزمایشات مختلف ، یونهای فلزات سه ظرفیتی در عمل انعقاد ، مؤثرتر از سایر یونها می‌باشند. عمل انعقاد توسط عمل لخته‌سازی تکمیل شده ، ذرات بزرگتر شروع به ته‌نشینی می‌کنند. در مرحله ته‌‌نشینی ، عامل زمان بسیار مهم می‌باشد و با قطر ذرات رابطه مستقیم دارد.
نواع منعقد کننده‌ها
منعقد کننده‌های آلومینیوم‌دار

* سولفات آلومینیوم Al2(SO4)3, n H2O : که نام تجاری‌اش آلوم یا زاج سفید می‌باشد. با اضافه کردن به آب یا بی‌کربنات‌ کلسیم و آب واکنش داده ، هیدروکسید‌ آلومینیوم ایجاد می‌کند که هیدروکسید آلومینیوم مرکزی برای تجمع مواد کلوئیدی ، بدون بار شده ، لخته‌های درشت‌تر ایجاد می‌کند. در صورت ناکافی بودن قلیائیت محیط برای ایجاد هیدروکسید آلومینیم ، از آب آهک و کربنات سدیم استفاده می‌شود. چون +H مانع تشکیل هیدروکسید آلومینیوم می‌شود. عیب مهم استفاده از زاج ، ایجاد سختی کلسیم و CO2 (عامل خورندگی) می‌باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

یکی از ناخالصی‌های مهمی که در آبهای سطحی وجود دارد و باید نسبت به حذف آن اقدام نمود، مواد کلوئیدی است. این مواد باید به طریقه مناسب حذف شوند تا آب زلال و با کدورت پایین مطابق استانداردها تحویل مصرف کننده گردد. روش متداول حذف کدورت، رسوب دهی شیمیایی کلوئیدی با استفاده از مواد منعقدکننده است.

معمولا از موادی استفاده می‌شود که دارای بار مثبت فراوانتری باشند. بدین منظور عموما از ترکیبات آهن و آلومینیوم سه ظرفیتی استفاده می‌کنند. آلوم یا سولفات آلومینیوم بیشترین استفاده را دارد. از ترکیبات آهن نیز می‌توان به سولفات فریک، سولفات فرو، کلرید فریک و کارید فرو اشاره کرد. نمکهای آهن در دامنه‌ی pH گسترده‌تری نسبت به آلوم کار می‌کنند،

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

ته نشینی مواد معلق وکلوییدی با استفاده از موادشیمیایی

 اغلب درباره تصفیه پسابهای صنعتی به عنوان تصفیه مقدماتی قابل اجراست که در این روش مواد معلقی که وزین

و قابل ته نشینی است وحاصل خنثی سازی موادکلوییدی با بار منفی توسطموادشیمیایی ترکیبات فلزاتی مثل آلومینیوم

ته نشینی مواد معلق وکلوییدی با استفاده از موادشیمیایی

 اغلب درباره تصفیه پسابهای صنعتی به عنوان تصفیه مقدماتی قابل اجراست که در این روش مواد معلقی که وزین

و قابل ته نشینی است وحاصل خنثی سازی موادکلوییدی با بار منفی توسطموادشیمیایی ترکیبات فلزاتی مثل آلومینیوم

و آهن با بارمثبت هستندو درین مرحله فلوک نامیده می شوند تولید که در حوض ته نشینی از فاضلاب یا پساب جدا

خواهند شد.در مواقعی که کلوییدهای منعقد شده وزین نیستند تا نشین شوند با تزریق پلی الکترولیت به ته نشینی آنها

سرعت خواهند بخشید.از مواد منعقد کننده می توان به کلرور فریک,سولفات فریک,آهک وسولفات آلومینیوم اشاره

کرد. مناسبترین ماده منعقدکننده برای ته نشینی شیمیایی پساب و فاضلاب و تصفیه لجن کلرور فریک است که

فلوکهای حاصل از مصرف آن وزین هستند وبه سرعت ته نشین می شوند.مهمترین مشکل آن ایجاد لجن وخاصیت

خوردگی شدید آن است وتنها عیب ته نشینی شیمیایی یا تصفیه شیمیایی تولید لجن است.

هوادهی:

 در مورد حذف بوها و طعم بدآب از هوادهی استفاده می شود.در این روش آب را به صورت جهشی در معرض

هوا قرار داده و عمل خواسته شده را به انجام می رسانند.در نتیجه آب به ذرات و قطرات کوچک تقسیم گشته سطح

تماس زیادتری یافته و به سرعت بوها وموادی که باعث بدمزه شدن آب می گردند آزاد می گردد.

کربن فعال هم می تواند بو و طعم بد را ازآب بزداید.البته بسته به نوع گاز از روش هایی چون کلرزنی,رزین یونی

هیدروژنی,تزریق سولفیت سدیم,استفاده ازبرج جذب کربن فعال,هوازدایی سرد,هوازدایی گرم وفیلتراسیون در

فیلترهای حاوی ذرات سولفیت کلسیم استفاده می شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

به طور سنتی، فرایندهای انعقاد و فیلتراسیون جهت حذف آرسنیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. مواد منعقدکننده همچون آلوم، کلرید فریک، سولفات فریک و آب‌آهک جهت حذف آرسنیک با درجه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای حذف آرسنیک با فرایند انعقاد آرسنیک معمولا باید به شکل As(V) باشد، اگر As(III) موجود باشد، نخست باید با استفاده از کلر، ازون یا پرمنگنات به شکل آرسنات اکسید شود. ساز و کارهای حذف As(V) بوسیله‌ی فرایند انعقاد می‌تواند ترکیبی از ترسیب، ترسیب همزمان[1] و جذب سطحی باشد.

 

درصد حذف با اسفاده از کلرید فریک از 81 تا 100 درصد برای دوزهای منعقدکننده‌ی 5 تا 304 میلیگرم بر لیتر تغییر می‌کند. دوز معمول برای نمکهای فریک 5 تا 30 میلیگرم بر لیتر و pH معمولا زیر 8 می‌باشد.

انعقاد آلوم میزان حذف 23 تا 100 درصد را با دوز 6 تا 50 میلیگرم بر لیتر نشان می‌دهد. دوز معمول برای آلوم 10 تا 50 میلیگرم بر لیتر و pH معمولا بین 6 و 7 می‌باشد. برای فرایندهای تصفیه‌ی آهن-منگنز، که غلظت Fe²⁺ بیش از 5/1 میلیگرم بر لیتر است، حدود 80 تا 90 درصد آرسنیک حذف می‌شود.

تصفیه‌خانه‌هایی که تنها منگنز را حذف می‌کنند، مقادیر قابل توجهی از آرسنیک را حذف نمی‌کنند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب