مرجع تخصصی آب و فاضلاب

واحد لخته‌سازی در تصفیه آب و فاضلاب: محاسبات، انواع، شیوه ساخت و اجرا، طراحی، شباهت‌ها و تفاوت‌ها

۱. هدف لخته‌سازی

لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation) فرآیندی برای حذف ذرات ریز معلق، کلوئیدها، و مواد آلی با خنثی‌سازی بار سطحی آن‌ها و تشکیل لخته‌های بزرگتر است. این فرآیند در مراحل اولیه تصفیه آب و فاضلاب انجام می‌شود.

۲. مواد منعقدکننده و کاربردها

ماده منعقدکننده فرمول شیمیایی میزان مصرف (mg/L) pH بهینه کاربرد اصلی

آلوم (سولفات آلومینیم)Al2(SO4)3Al2​(SO4​)3​ ۱۰–۱۰۰ ۶–۸حذف کدورت، رنگ، و فسفر

کلروفریک (FeCl₃)FeCl3FeCl3​ ۱۰–۱۵۰ ۴–۶حذف فلزات سنگین، فسفر، و رنگ

پلی‌آلومینیوم کلراید (PAC)۵–۵۰ ۶–۹ مناسب برای آب‌های سرد و کم‌کدورت

پلیمرهای آلی (PAM)پلی‌آکریل آمید ۶–۸ ۰.۱–۵ بهبود لخته‌سازی به عنوان کمک منعقدکننده

۳. شیوه انتخاب منعقدکننده

• آنالیز آب/فاضلاب: اندازه‌گیری کدورت، pH، TOC، و غلظت یون‌های مزاحم (مانند سولفات).

• آزمایش جارت (Jar Test):

  • تعیین دوز بهینه و pH مناسب برای هر ماده.

  • ارزیابی راندمان حذف و سرعت تشکیل لخته.

• ملاحظات اقتصادی: هزینه مواد، حجم لجن تولیدی، و نیاز به تنظیم pH.

۴. محاسبات کلیدی

۱. دوز منعقدکننده:

دوز (mg/L)=غلظت آلاینده (mg/L)*راندمان انعقاد

• مثال: برای حذف ۵۰ mg/L فسفر با راندمان ۹۰٪:

  دوز FeCl₃=۵۰۰.۹≈۵۶ mg/L.دوز FeCl₃=۰.۹۵۰​≈۵۶mg/L.

۲. مقدار لجن تولیدی:

لجن (kg/day)=Q*(دوز منعقدکننده TSS ورودی)*۱۰−۳

• Q: دبی (m³/day).

۳. انرژی اختلاط (G Value):

G=P*μ*V​​

• P: توان مصرفی (W)، μ: ویسکوزیته آب (Pa.s)، V: حجم مخزن (m³).

• مقادیر پیشنهادی:

  • اختلاط سریع: G=۳۰۰–۱۰۰۰  s⁻¹، زمان ماند: ۳۰–۶۰ ثانیه.

  • لخته‌سازی: G=۲۰–۸۰  s⁻¹ ، زمان ماند: ۱۵–۴۰ دقیقه.

۵. انواع واحدهای لخته‌سازی

نوع واحد مکانیسم کاربرد مزایا معایب

مخزن اختلاط سریع همزن مکانیکی یا هیدرولیک تزریق مواد منعقدکننده کنترل دقیق انرژی اختلاط هزینه بالای نگهداری

لخته‌سازهای پلکانی جریان آب از روی پله‌ها تصفیه خانه‌های کوچک ساده و کم‌هزینه راندمان پایین در بارهای بالا

لخته‌سازهای لوله‌ای ایجاد تلاطم در لوله‌های پیچان سیستم‌های فشرده صرفه‌جویی در فضانیاز به فشار آب بالا

۶. طراحی و ساخت

۱. مخزن اختلاط سریع:

• مواد ساخت: بتن مسلح با پوشش اپوکسی یا استن لس استیل.

• همزن: پروانه‌های توربینی با سرعت ۱۰۰–۳۰۰ دور بر دقیقه.

• سیستم تزریق: پمپ‌های دوزینگ با دقت ۱٪.

۲. لخته‌سازهای مکانیکی:

• اجزا: پره‌های چرخان، شفت عمودی، و موتور الکتریکی.

• محاسبه توان موتور:

  P=(G^2*μ*V)

۳. لخته‌سازهای هیدرولیک:

• کانال‌های با جریان آهسته: شیب ۰.۱–۰.۳٪ و سرعت ۰.۲–۰.۶ m/s.

• بافل‌ها (Baffles): ایجاد تلاطم کنترل‌شده.

۷. شباهت‌ها و تفاوت‌ها

معیار تصفیه آب تصفیه فاضلاب

هدف اصلی حذف کدورت و رنگ حذف مواد آلی و فسفر

مواد منعقدکننده رایج آلوم ، PAC کلروفریک، پلیمرها

pH عملیاتی۶–۸ ۴–۷ (بسته به نوع فاضلاب)

انرژی اختلاطG = ۳۰۰–۱۰۰۰ s⁻¹ G = ۵۰–۲۰۰ s⁻¹

لجن تولیدیکم‌حجم با رطوبت بالاپرحجم با مواد آلی بیشتر

۸. مثال کاربردی

طراحی واحد لخته‌سازی برای حذف فسفر از فاضلاب شهری:

• دبی: ۵۰۰ m³/day.

• غلظت فسفر ورودی: ۱۰ mg/L.

• انتخاب ماده: کلروفریک با دوز ۴۰ mg/L.

• مقدار لجن:

  لجن=۵۰۰*(۴۰*۲۰۰)*۱۰−۳=۱۲۰ kg/day.

• مخزن اختلاط:

  • حجم: V=۵۰۰*۰.۰۱=۵ m.

  • توان همزن: P=۵۰^۲*۰.۰۰۱*۵=۱۲.۵W.

۹. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت لجن: خشک‌کردن، کمپوست، یا دفن بهداشتی.

• کاهش مصرف مواد: استفاده از سیستم‌های بازیابی مواد منعقدکننده.

• پایش مداوم: اندازهگیری pH، کدورت، و باقیمانده مواد شیمیایی.

۱۰. جدول مقایسه مواد منعقدکننده

ماده هزینه راندمان تولید لجن ملاحظات

آلوم پایین متوسط متوسط نیاز به تنظیم pH

کلروفریک متوسط بالا زیاد مناسب برای فاضلاب اسیدی

PAC بالا بالا کم عملکرد بهتر در آب سرد

پلیمرها بسیار بالا بسیار بالا بسیار کم نیاز به دوز دقیق

با انتخاب دقیق مواد منعقدکننده و طراحی بهینه واحد لخته‌سازی، می‌توان راندمان تصفیه را افزایش و هزینه‌های عملیاتی را کاهش داد. آزمایش جارت و پایش مداوم پارامترهای کیفی آب/فاضلاب برای موفقیت این فرآیند ضروری است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب