انعقاد و لخته سازی آب

از آن جایی که انعقاد و لخته سازی آب یکی از مراحل مهم در تصفیه فاضلاب صنعتی و بهداشتی است، در این بخش می خواهیم راجع به آن بیشتر صحبت کنیم. در ابتدا خوب است بدانید که یکی از متداول ترین روش ها برای تصفیه آب و فاضلاب، پساب صنعتی و آب همین روش انعقاد و لخته سازی آب است. در این فرآیند مواد منعقد‌کننده شیمیایی، به آب، فاضلاب یا پساب اضافه می ‌شوند و ناخالصی های آب مانند محلول ‌‌های مختلف، مواد معلق و مواد کلوئیدی آن ته نشین می‌ شوند. مواد کلوئیدی مهم ‌ترین ناخالصی هایی هستند که در فرایند لخته‌ سازی باید حذف شوند.

انعقاد و لخته سازی آب، در کارواش‌‌ ها، صنایع داروسازی، کارخانه های تولید رنگ، قالی شویی ‌‌ها، کارخانه ‌‌جات تولید لبنیات کاربرد دارد. به طور کلی در هر صنعتی که نیاز به حذف فلزات سنگین یا مواد کلوئیدی از فاضلاب خود دارند، از انعقاد و لخته سازی آب بهره برده می‌ شود. برای انجام فرایند انعقاد و لخته سازی آب از مواد شیمیایی مختلف در صنعت کمک گرفته می شود. هدف اصلی این فرآیند حذف مواد کلوئیدی، رنگ‌‌ ها و عوامل بیماری ‌زای آب، پساب یا فاضلاب صنعتی است. مواد کلوئیدی در آب ته نشین یا حل نمی ‌شوند، بلکه با آب مخلوط شده و در آن پخش می‌ شوند. این مواد اندازه ‌ای بین 1 تا 100 نانومتر دارند و اغلب دارای بار سطحی هستند.

وجود این بار سطحی، جدا سازی این مواد را دشوار می ‌سازد. در این قسمت مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده به کمک هم می آیند.  به غیر از استفاده از فرایند انعقاد و لخته سازی آب برای تصفیه فاضلاب صنعتی، از این فرایند با کمک مراحل دیگری مانند گندزدایی، تصفیه به کمک توری ‌‌ها، پمپ ‌‌ها و فیلتراسیون برای تولید آب آشامیدنی هم استفاده می شود.

مراحل مختلف فرایند انعقاد و لخته سازی آب

فرایند انعقاد و لخته سازی آب طی سه مرحله اساسی زیر انجام می شود:

مرحله انعقاد

در گام اول از فرایند انعقاد و لخته سازی آب، با اضافه کردن مواد منعقد‌کننده تلاش می‌ کنند تا موجب ته‌ نشینی این مواد بشوند. برای ته ‌نشین کردن کلوئید ‌ها باید این مواد بار سطحی خود را از دست بدهند. به دلیل آن که وقتی این مواد بار سطحی دارند، یکدیگر را دفع می ‌کنند. اصولاً مواد منعقد‌کننده از مشتقات آلومینیوم و آهن هستند.

کلرید ‌های آهن و آلومینیوم، آلومینات سدیم، سولفات آلومینیوم و سولفات آهن از معروف ‌ترین منعقده‌کننده‌‌ ها در صنعت آب و فاضلاب هستند.

گاهی اوقات در انعقاد و لخته سازی آب از مواد پلی الکترولیکی به عنوان منعقد‌کننده یا کمک منعقده‌کننده استفاده می ‌شود. پلی آمین ‌‌ها بارز ‌ترین نمونه از این نوع منعقد‌کننده‌‌ ها هستند.

مواد کمک منعقد‌کننده نیز نقش مهمی دارند. این مواد اصولاً برای تشکیل لخته‌‌ های کلوئیدی بزرگ از لخته‌‌ های ریزتر استفاده می ‌شوند. به علاوه این مواد با تنظیم pH موجب می ‌شوند که در مصرف مواد منعقد‌کننده نیز صرفه جویی شود.

زمانی که ترکیبات آهن و آلومینیوم به آب تزریق شدند، با عمل هیدرولیز، به یون‌‌ های باردار تبدیل می‌ شوند. این عمل موجب کاهش پتانسیل محیط و در نتیجه، خنثی شدن ذرات کلوئیدی می ‌گردد.

پس از خنثی شدن این مواد، آن ‌‌ها شروع می‌ کنند به چسبیدن به یکدیگر و با فعالیت مواد کمک منعقد‌کننده، لخته‌‌ های ریزتر به هم وصل می شوند و لخته‌‌ های بسیار درشتی را تشکیل می‌ دهند که برای ادامه فرایند لخته سازی استفاده می ‌شود.

آزمایش جارتست

آزمایش جارتست یک آزمایش تجربی برای تعیین نوع منعقد‌کننده ‌‌ها و کمک منعقده‌کننده‌‌ ها و میزان مورد نیاز آن ها و تعیین pH محیط برای انجام فرایند انعقاد و لخته سازی است. در این آزمایش یک سری ظروف هم ‌شکل با حداقل گنجایش یک لیتر، نیاز است.

اول در تمامی این ظرف ها مقدار مشخصی از آب یا فاضلاب مورد نظر، ریخته می شود. سپس به هر یک از ظروف، مقدار معینی از منعقد‌کننده‌‌ ها و کمک منعقده‌کننده‌‌ های مناسب تزریق می شود. در این قسمت، مواد ابتدا با سرعت بسیار زیاد به مدت 60 ثانیه و سپس با سرعت کم به مدت 600 ثانیه با یکدیگر اختلاط داده می شوند.

پس از مخلوط شدن، زمان یادداشت نتایج آزمایش و مقایسه آن ‌‌ها است. با وجود پیشرفت ‌‌های علمی فراوان، هنوز هم بهترین راه برای تعیین میزان و نوع منعقد‌کننده ‌‌ها در انعقاد و لخته سازی، آزمایش جارتست است. نتایج آزمون جارتست، pH بهینه برای انعقاد و لخته سازی و مقدار و نوع منعقد‌کننده‌‌ ها و کمک منعقد‌کننده‌‌ ها را به صورت دقیق برای شما مشخص می ‌کند.

مرحله لخته ‌سازی

پس از اتمام مرحله انعقاد، زمان انجام مرحله کلیدی لخته ‌سازی فرا می رسد. در مرحله لخته‌ سازی همزن‌‌ ها یا مخلوط کن ‌‌های مکانیکی، در حوضچه ‌‌های مشخصی به ترکیب و اختلاط ذرات می ‌پردازند. این عمل باید به آرام‌ ترین وجه انجام شود تا حداکثر تماس بین ذرات برقرار شود و لخته‌ سازی به صورت کامل صورت بگیرد.

چنان چه سرعت ترکیب این مواد زیاد باشد لخته ‌‌های تشکیل شده شکسته می ‌شوند و در نتیجه باید تمام مراحل قبلی، دوباره تکرار گردد. لخته ‌‌های درشت ایجاد شده پس از ته نشین شدن در حوضچه، به کمک مواد سیال جدا شده و حذف می‌ شوند.

عوامل موثر در انعقاد و لخته سازی آب

بر اساس توضیحات ارائه شده در مراحل انعقاد و لخته سازی آب می توان به این نتیجه رسید که عوامل موثر بر این فرایند به شرح زیر است:

مواد منعقد کننده:

مواد منعقد کننده با خنثی کردن بار سطحی کلوئید ها و چسباندن آن ها به هم موجب انعقاد و لخته سازی ذرات کلوئیدی داخل آب می شوند. همان طور که ذکر شد، نوع مواد منعقد کننده و مقدار لازم برای تزریق آن ها توسط آزمایش جار تست مشخص می شود.

کمک منعقد کننده ها:

این ترکیبات همان طور که از نام آن ها مشخص است، به فرایند انعقاد ذرات کمک می کنند. به عنوان مثال با تغییر PH، قلیائیت یا ذرات هسته ای مناسب این کمک را به انعقاد می کنند. برخی از آن ها حتی به عنوان منعقد کننده های ثانویه عمل می کنند.

PH:

تاثیر ماده منعقد کننده به PH  آب بستگی دارد. انواع آب های مختلف بر مبنای میزان PHخود به منعقد کننده های مختلفی جواب می دهند. به عنوان مثال آب های رنگی در پی اچ 4 الی 6 به ترکیبات آلوم برای انعقاد بهتر پاسخ می دهند.

قلیائیت:

برای تشکیل آنیون هایی مثل OH لازم است که ترکیبات غیر محلول را تشکیل داد و آن ها را رسوب داد. برخی اوقات لازم است این آنیون ها به کمک منعقد کننده ها و به اشکال هیدورکسید، بی کربنات و کربنات ها به آب اضافه شوند. در حالت کلی به ازای هر یک بخش مواد آلوم اضافه شده، 5 بخش قلیائیت نیاز است.

• دما:

هر چه در طول فرایند بالاتر باشد، انعقاد سریع تر انجام می شود. به عنوان مثال در فصل زمستان که دما پایین تر است، باید زمان ماند بیشتری برای انعقاد ذرات کلوئیدی آب داد.

• سرعت:

سرعت زیاد آب باعث شکسته شدن لخته های تشکیل شده و جدا شدن ذرات می شود. به همین علت سرعت را در حوضچه های لخته سازی در حد  m/s3 حفظ می کنند.

• زمان:

زمان ماند مناسب برای اختلاط و انعقاد اهمیت بالایی دارد.

جمع بندی

یکی از متداول ترین روش ها برای تصفیه فاضلاب، پساب صنعتی و آب همین روش انعقاد و لخته سازی آب است. در این فرآیند مواد منعقد‌کننده شیمیایی، به آب، فاضلاب یا پساب اضافه می ‌شوند و ناخالصی های آب مانند محلول ‌‌های مختلف، مواد معلق و مواد کلوئیدی آن ته نشین می‌ شوند.

انعقاد و لخته سازی آب، در کارواش‌‌ ها، صنایع داروسازی، کارخانه های تولید رنگ، قالی شویی ‌‌ها، کارخانه ‌‌جات تولید لبنیات کاربرد دارد.

فرایند انعقاد و لخته سازی آب طی سه مرحله اساسی زیر انجام می شود:

1. مرحله انعقاد

در گام اول با اضافه کردن مواد منعقد‌کننده تلاش می‌ کنند تا موجب ته‌ نشینی این مواد بشوند. برای ته ‌نشین کردن کلوئید ‌ها باید این مواد بار سطحی خود را از دست بدهند. به دلیل آن که وقتی این مواد بار سطحی دارند، یکدیگر را دفع می ‌کنند. اصولاً مواد منعقد‌کننده از مشتقات آلومینیوم و آهن هستند.

کلرید ‌های آهن و آلومینیوم، آلومینات سدیم، سولفات آلومینیوم و سولفات آهن از معروف ‌ترین منعقده‌کننده‌‌ ها در صنعت آب و فاضلاب هستند.

2. آزمایش جارتست

آزمایش جارتست یک آزمایش تجربی برای تعیین نوع منعقد‌کننده ‌‌ها و کمک منعقده‌کننده‌‌ ها و میزان مورد نیاز آن ها و تعیین pH محیط برای انجام فرایند انعقاد و لخته سازی است.

با وجود پیشرفت ‌‌های علمی فراوان، هنوز هم بهترین راه برای تعیین میزان و نوع منعقد‌کننده ‌‌ها آزمایش جارتست است. نتایج آزمون جارتست، pH بهینه برای انعقاد و نوع منعقد‌کننده‌‌ ها و کمک منعقد‌کننده‌‌ ها را مشخص می ‌کند.

3. مرحله لخته ‌سازی

در مرحله لخته‌ سازی همزن‌‌ ها یا مخلوط کن ‌‌های مکانیکی، در حوضچه ‌‌های مشخصی به ترکیب ذرات می ‌پردازند. این عمل باید به آرام‌ ترین وجه انجام شود تا حداکثر تماس بین ذرات برقرار شود و لخته‌ سازی به صورت کامل صورت بگیرد.