انعقاد و لخته سازی در تصفیه آب

انعقاد و لخته سازی، ذرات عامل کدورت که غیر قابل ته نشین هستند را به شکل قابل ته نشینی تبدیل کرده و به این ترتیب مواد به شکل موثری از طریق ته نشینی ثقلی حذف خواهند شد. این ذرات اغلب به شکل کلوئیدی هستند.

ذرات کلوئیدی عامل کدورت، اندازه خیلی کوچکی (nm 100-1) دارند و بنابراین به شکل ثقلی ته نشین نخواهند شد. این ذرات به شکل معلق باقی مانده و باعث ایجاد کدورت می شوند. اغلب بار این ذرات منفی است. این ذرات با استفاده از موادی حذف می شوند که آنها را به شکل توده تبدیل نموده و ذرات سنگینی تشکیل می دهد که به آنها لخته گفته می شود و این لخته ها ته نشین خواهند شد. به مواد استفاده شده نیز، منعقد کننده گفته می شود.

یک منعقد کننده، الکترولیتی است که کاتیون ها (یون های با بار مثبت) را ایجاد می کند که ذرات کلوئیدی با بار منفی عامل کدورت را ته نشین می کند. برای این منظور هر چه بار کاتیون منعقد کننده زیاد باشد، منعقد کننده موثرتر خواهد بود. بنابراین منعقد کننده هایی که معمولا استفاده می شوند شامل ترکیبات آلومینیوم و آهن هستند که به ترتیب کاتیون های Al +3 و Fe +3 را در آب ایجاد می کنند.

اغلب از برخی مواد دیگر هم برای تسهیل انعقاد استفاده می شود که به آنها کمک منعقد کننده گفته می شود. این فاز تصفیه، دومین سدی است که می تواند کدورت، پاتوژن های منتقله از طریق آب و آلاینده های دیگر را از آب حذف کند و از سه بخش اختلاط تند، انعقاد و لخته سازی تشکیل شده است.

تصفیه آب با انعقاد و لخته سازی یک فرآیند شیمیایی است که برای حذف ذرات معلق از آب استفاده می شود. این فرآیند شامل دو مرحله اصلی است:

1. انعقاد

در این مرحله، یک ماده شیمیایی به نام منعقد کننده به آب اضافه می شود. منعقد کننده ها با خنثی کردن بار الکتریکی ذرات معلق، آنها را از حالت معلق خارج می کنند و به حالت ته نشینی در می آورند.

منعقد کننده ها با تشکیل هیدرولیزات، ذرات معلق را خنثی می کنند. هیدرولیزات مولکول های بزرگی هستند که از یون های منعقد کننده تشکیل شده اند. این مولکول های بزرگ دارای بار الکتریکی هستند که با خنثی کردن بار الکتریکی ذرات معلق، آنها را از حالت معلق خارج می کنند.

2. لخته سازی

در این مرحله، آب با سرعت آرام مخلوط می شود تا ذرات معلق به هم بچسبند و لخته های بزرگتر تشکیل دهند. این لخته ها سپس می توانند به راحتی از آب جدا شوند. لخته سازی با ایجاد نیروهای جاذبه بین ذرات معلق انجام می شود. این نیروهای جاذبه می توانند ناشی از نیروهای واندروالسی، نیروهای هیدروفوبیک یا نیروهای شیمیایی باشند.

مراحل منعقد سازی

انعقاد طی سه مرحله انجام می گیرد : مرحله اول ، یون های Al +3 یا Fe +3 تعداد قابل ملاحظه ای از ذرات کلوئیدی عامل کدورت با بار منفی را جذب می کنند. در محله دوم ، این ذرات تجمع یافته و تشکیل توده های کوچکی را داده که به آنها لخته ی ریز گفته می شود و در مرحله ی سوم به خاطر اینکه لخته های ریز بار مثبت دارند هنوز هم جذب یون های منفی مثل قلیائیت (- OH حاصل از آهک) ادامه داشته و به این ترتیب ترکیبات لخته ای ایجاد شده به خاطر داشتن حلالیت کم، رسوب خواهند کرد.

واکنش های شیمیایی انجام گرفته :

اختلاط تند

اختلاط تند، اختلاط کامل و سریع (اختلاط تند) مواد شیمیایی مختلف مثل منعقد کننده ها و کمک منعقد کننده ها با آب برای انجام واکنش های شیمیایی مناسب بین آنها است. زمان ماند در یک تانک کوچک فقط در حدود 15 ± 30 ثانیه می باشد. اختلاط تند، مواد شیمیایی را به سرعت پخش می کند تا واکنش ها انجام گرفته و ترسیب آغاز شود. به فرایند ترسیب (جداسازی فاز جامد از فاز مایع) در تصفیه ی آب، انعقاد گفته می شود که نقطه ی شروع حذف ذرات کلوئیدی از آب محسوب می شود. پس از اختلاط تند انعقاد صورت می گیرد.

عوامل موثر در فرآیند انعقاد و لخته سازی در تصفیه آب

1 – ماده منعقد کننده : مواد منعقد کننده با خنثی سازی بار سطحی ذرات کلوئیدی و نزدیک کردن آنها به هم زمینه به هم چسبیدن ذرات و تشکل لخته را فراهم می آورند. نوع مواد منعقد کننده و همچنین مقدار تزریق آنها توسط آزمایش جار انتخاب می شود.

2 – کمک منعقد کننده ها : این ترکیبات به فرایند منعقد سازی از طریق فراهم آوردن شرایط بهتر مثل pH، قلیائیت و ذرات هسته ای مناسب کمک می کنند برخی از این ترکیبات به عنوان منعقد کننده ی ثانویه عمل می کنند.

3 – PH: تاثیر یک منعقد کننده معمولا به میزان pH بستگی دارد. انواع مختلف آب ها براساس pH خود، نیاز به منعقد کننده های مختلفی دارند. آب های رنگی در pH پائین (6-4/4) با استفاده از آلوم شرایط بهتری جهت انعقاد دارند.

4 – قلیائیت: این فاکتور جهت تامین آنیون هایی مثل – OH لازم است که ترکیبات غیر محلول را تشکیل داده و می توان این ترکیبات غیر محلول را رسوب داد. این آنیون ها می توانند به صورت طبیعی در ترکیب آب وجود داشته باشند و یا لازم است که به عنوان کمک منعقد کننده و به شکل هیدروکسیدها، کربنات ها و بی کربنات ها به آب اضافه شوند. به طور کلی جهت انجام مناسب فرایند انعقاد به ازای هر قسمت آلوم 5/0 قسمت قلیائیت لازم است.

5 – دما : هر چه دما بالا باشد واکنش سریع تر انجام گرفته و فرایند منعقد سازی موثرتر خواهد بود دماهای پائین در فصل زمستان سرعت انجام واکنش را پائین می آورد که با در نظر گرفتن یک زمان ماند بیشتر می توان آن را جبران نمود و با توجه به اینکه در فصل زمستان نیاز آبی کمتر است لذا این مشکل به طور طبیعی بر طرف می شود.

6 – زمان : اختلاط و زمان ماند مناسب حائز اهمیت هستند.

7- سرعت : سرعت زیاد آب منجر به شکستن و جدا شدن ذرات لخته می شود ولی سرعت های پائین تر اجازه می دهند تا ذرات لخته ته نشین شوند. سرعت در حوضچه های لخته سازی باید در حدود m/s 3/0 (ft/s 1) حفظ شود.

8 – پتانسیل زتا : میزان بار موجود در مرز بین ذرات کدورت و آب محاط کننده آنها است. هر چه میزان بار بالاتر باشد میزان دافعه ی بین ذرات بیشتر بوده و در نتیجه منعقد سازی کمتر انجام می گیرد و برعکس، هر چه میزان بار کمتر باشد میزان دافعه بین ذرات کمتر شده و در نتیجه منعقد سازی بهتر انجام می گیرد. هرچه پتانسیل زتا بالاتر باشد، میزان دوز منعقد کننده ی مورد نیاز بالاتر خواهد بود. منعقد سازی با کاهش پتانسیل زتا تقریباً تا حد صفر می تواند به طور موثری انجام گیرد.

لازم است که منعقد کننده و کمک منعقد کننده مناسب برای منبع آب انتخاب شود انجام آزمایش جار نشان خواهد داد که کدام منعقد کننده و کمک منعقد کننده اقتصادی و موثر عمل می کند.

پتانسیل زتا چیست؟

پتانسیل زتا (Zeta Potential) اختلاف پتانسیل الکتریکی بین سطح یک ذره معلق و محیط اطراف آن است. این پتانسیل ناشی از بار الکتریکی ذرات معلق و یون های موجود در محیط اطراف آن است.

پتانسیل زتا بر رفتار ذرات معلق در آب تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، ذرات معلق با پتانسیل زتا منفی تمایل دارند یکدیگر را دفع کنند و در حالت معلق باقی بمانند. ذرات معلق با پتانسیل زتا صفر یا مثبت تمایل دارند یکدیگر را جذب کنند و لخته تشکیل دهند.

پتانسیل زتا را می توان با استفاده از دستگاهی به نام پتانسیومتر زتا اندازه گیری کرد.

عوامل موثر بر پتانسیل زتا

عوامل مختلفی بر پتانسیل زتا تأثیر می گذارند. برخی از این عوامل عبارتند از:

• بار سطحی ذرات معلق : هرچه بار سطحی ذرات معلق بیشتر باشد، پتانسیل زتا نیز بیشتر خواهد بود.
• غلظت یون های موجود در محیط اطراف : هرچه غلظت یون های موجود در محیط اطراف بیشتر باشد، پتانسیل زتا نیز کمتر خواهد بود.
• pH : pH محیط اطراف می تواند بر بار سطحی ذرات معلق تأثیر بگذارد.

کاربردهای انعقاد و لخته سازی

فرآیند انعقاد و لخته سازی یک روش موثر برای حذف ذرات معلق از آب است. این فرآیند به طور گسترده ای در تصفیه آب آشامیدنی، تصفیه فاضلاب و تصفیه آب صنعتی استفاده می شود.

در تصفیه آب آشامیدنی، انعقاد و لخته سازی برای حذف ذرات معلق مانند کدورت، رنگ و بوی نامطبوع استفاده می شود. این فرآیند همچنین می تواند برای حذف عوامل بیماری زا از آب استفاده شود.

در تصفیه فاضلاب، انعقاد و لخته سازی برای حذف ذرات معلق مانند مواد آلی، مواد معدنی و مواد بیولوژیکی استفاده می شود. این فرآیند همچنین می تواند برای حذف باکتری ها و ویروس ها از فاضلاب استفاده شود.

در تصفیه آب صنعتی، انعقاد و لخته سازی برای حذف ذرات معلق مانند مواد معدنی، مواد آلی و مواد بیولوژیکی استفاده می شود. این فرآیند همچنین می تواند برای حذف مواد مضر مانند فلزات سنگین از آب استفاده شود.

چند مثال از انعقاد و لخته سازی در تصفیه آب

در اینجا چند مثال از کاربردهای انعقاد و لخته سازی در تصفیه آب آورده شده است:

• تصفیه آب آشامیدنی: در تصفیه خانه های آب آشامیدنی، انعقاد و لخته سازی معمولاً اولین مرحله فرآیند تصفیه است. این فرآیند برای حذف کدورت، رنگ و بوی نامطبوع از آب استفاده می شود.
• تصفیه فاضلاب شهری: در تصفیه خانه های فاضلاب شهری، انعقاد و لخته سازی برای حذف مواد آلی، مواد معدنی و مواد بیولوژیکی از فاضلاب استفاده می شود. این فرآیند همچنین می تواند برای حذف باکتری ها و ویروس ها از فاضلاب استفاده شود.
• تصفیه آب کشاورزی: در تصفیه آب کشاورزی، انعقاد و لخته سازی برای حذف مواد معلق مانند مواد معدنی، مواد آلی و مواد بیولوژیکی از آب استفاده می شود. این فرآیند همچنین می تواند برای حذف عوامل بیماری زا از آب استفاده شود.
• تصفیه آب صنعتی: در تصفیه آب صنعتی، انعقاد و لخته سازی برای حذف مواد معلق مانند مواد معدنی، مواد آلی و مواد بیولوژیکی از آب استفاده می شود. این فرآیند همچنین می تواند برای حذف مواد مضر مانند فلزات سنگین از آب استفاده شود.

مزایا و معایب انعقاد و لخته سازی

فرآیند انعقاد و لخته سازی مزایا و معایب مختلفی دارد. برخی از مزایای این فرآیند عبارتند از:

• هزینه نسبتاً کم
• کارایی بالا
• امکان حذف طیف گسترده ای از ذرات معلق

برخی از معایب این فرآیند عبارتند از:

• نیاز به استفاده از مواد شیمیایی
• نیاز به کنترل دقیق پارامترهای فرآیند
• امکان تشکیل لخته های بزرگ که ممکن است باعث گرفتگی فیلترها شوند