منعقد کننده ها: فلوکولانت و کواگولانت (فرایند انعقاد ذرات)

فرایند انعقاد فاضلاب

انعقاد فرآیند شیمیایی تصفیه آب است که برای حذف مواد جامد از آب با دستکاری بارهای الکترواستاتیک ذرات معلق در آب استفاده می شود. این فرآیند مولکول‌های کوچک و بسیار باردار را وارد آب می‌کند تا بارهای ذرات، کلوئیدها یا مواد روغنی موجود در حالت تعلیق را بی‌ثبات کند. انتخاب منعقد کننده مناسب برای یک سیستم، عملکرد کلی سیستم را بهبود می بخشد، و به ویژه با افزایش عملکرد فیلتر و شفاف کننده، کارایی حذف مواد جامد را بهبود می بخشد.

کاربردهای زیادی برای تصـفیه فاضلاب وجود دارد که نیاز به واکنش‌های انعقادی دارند، مانند حذف مواد جامد کلوئیدی از آب، امولسیون زدایی امولسیون‌های روغن (“شکستن امولسیون”)، و در جداسازی رنگ. همچنین انواع زیادی از منعقد کننده ها برای رفع نیازهای خاص یک فرآیند درمانی در دسترس هستند. به طور کلی، انعقاد قبل از لخته سازی در فرآیند تصفیه آب شیمیایی انجام می شود.

ذرات موجود در آب بار الکترواستاتیکی را روی سطح خود حمل می کنند. نمونه های رایج شامل خاک رس، سیلیس، آهن، رنگ و حتی روغن است. این ذرات کوچک معلق در حالت تعلیق تثبیت می شوند و به سختی از طریق روش های مکانیکی حذف می شوند.

سوسپانسیون مواد جامد در آب معمولاً دارای اندازه‌های مختلف ذرات است. تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی “توزیع اندازه ذرات” به تعیین اندازه ذرات و همچنین مقدار نسبی هر ذره اندازه در سوسپانسیون کمک می کند.

نحوه عملکرد:

ذرات بیش از 100 میکرومتر به طور کلی “جامدات قابل ته نشینی” در نظر گـرفته می شوند و به راحتی از حالت تعلیق خارج می شوند. در مورد ذرات با اندازه 10-100μm آنها به طور کلی “کدورت” در نظر گـرفته می شوند و اغلب در یک سیستم تصفیه فاضلاب با انعقاد بررسی می شوند. ذره های کوچکتر از 10μm “ذرات کلوئیدی” هستند که تقریباً همیشه با انعقاد حذف می شوند زیرا حذف ذرات کوچک فقط با استفاده از تصفیه مکانیکی آب مانند فیلتراسیون بسیار گران است.

ذرات کلوئیدی بیشتر به عنوان کلوئیدهای آبگریز و آبدوست طبقه بندی می شوند. ماهیت “آب گریز” یا “آب دوست” آنها در تصفیه فاضلاب مهم است. کلوئیدهای آبگریز از نظر شیمیایی با یک منعقد کننده واکنش نمی دهند، در حالی که کلوئیدهای آبدوست ممکن است با یک منعقد کننده مورد استفاده در فرآیند تصفیه واکنش شیمیایی دهند. در نتیجه کلوئیدهای آبدوست مانند رنگها نسبت به کلوئیدهای آبگریز به مواد منعقد کننده بیشتری نیاز دارند.

بارهای الکترواستاتیکی

بارهای الکترواستاتیکی ذرات در آب با این جمله آشنا در مورد مغناطیسی کار می کنند، “مشابه ها همدیگر را دفع می کنند و مخالفان را جذب”. اصطلاحات مورد استفاده برای توصیف بار عبارتند از “کاتیونیک” که به بار مثبت اشاره دارد و “آنیونی” که به بار منفی اشاره دارد. به دلیل ترکیب شیمیایی آب، بیشتر ذرات حامل بار منفی هستند.

پتانسیل زتا

علاوه بر ویژگی مثبت یا منفی یک بار، قدرت آن بار الکترواستاتیکی به عنوان “پتانسیل زتا” نامـیده می شود. قدرت بار در تصفیه فاضلاب بسیار مهم است زیرا بارهای قوی تر تعلیق پایدارتری از ذرات را در اب. پتانسیل زتا در مقیاس -61 → +61 اندازه گیری می شود، جایی که دورتر از 0 بار منفی یا مثبت قوی تر با تعلیق پایدارتر در آب است. نزدیک به صفر، ذرات به راحتی از حالت تعلیق خارج می شوند، در حالی که افزایش بیش از 10± به انعقاد نیاز دارد.

Zeta potential (mV)	Particle stability in suspension
0 to ±5	Rapid coagulation or flocculation
±10 to ±30	Early instability
±30 to ±40	Moderate stability
±40 to ±60	Good stability

در زمینه اکثر فرآیندهای تصفیه آب شیمیایی، انعقاد باید در سطح بالادستی لخته سازی رخ دهد. با انعقاد، ذرات بی‌ثبات شروع به برخورد می‌کنند و توده‌های کوچکی را ایجاد می‌کنند که اغلب «لخته‌های پین» یا «ریز لخته‌ها» نامـیده می‌شوند، زیرا به سختی با چشم غیرمسلح در اندازه حدود 50 میکرومتر قابل مشـاهده هستند. لخته سازی فرآیندی است که ذرات را به هم می چسبانند تا آگلومراهای بزرگتر بسازند. این فرآیند

یک مولکول بزرگ با محل های اتصال با بار الکترواستاتیکی برای جذب ذرات با بار مخالف یا میکروفلوک ها معرفی می کند. واکنش لخته سازی خود بسیار قابل مشاهده است، زیرا “لخته های” حاصل به راحتی از آب جدا می شوند.

توجه داشته باشید که اصطلاحات “انعقاد” و “لخته سازی” اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند، اما در واقع عملکردهای متمایز هستند.

منعقد کننده های زیادی برای تصفیه فاضلاب، برای بررسی غواصی عمیق وجود دارد. در زیر مقدمه ای بر منعقد کـننده ها ارائه شده است که نشان دهنـده تنوع فرمولاسیون های مختلف و چگالی بار است.

منعقد کننده های مبتنی بر فلزات

منعقد کننده های مبتنی بر فلزات بزرگترین گروه محصولات موجود را تشکیل می دهند. محصولات ممکن است فقط حاوی نمک فلز باشند (مانند سولفات آلومینیوم یا کلرید آهن)، یا محصولات ممکن است نمک های فلزی پلیمریزه شـده باشند (مانند پلی آلومینیوم کلرید یا کلروهیدرات آلومینیوم).

منعقد کننده های مصنوعی ممکن است چگالی بار بسیار بالایی را روی مولکول های نسبتا بزرگ (مانند پلی آمین یا پلی DADMAC) حمل کنند. بسـته به فرمولاسیون، برخی از مشتقات مصنوعی ممکن است به عنوان یک لخـته ساز عمل کنند.

منعقد کننده های بیوپلیمری

منعقد کننده های بیوپلیمری از منابع طبیعی به دست می آیند. تعدادی از محصولات تصفیه آب کمکرافت از منابع گیاهی (مانند لیگنین، تانن و نشاسته) مشتق شـده اند. همچنین پلی ساکاریدها و سایر بیوپلیمرهای طبیعی وجود دارند که از حیوانات، قارچ ها و فرآیندهای میکروبی (برای تولید کیتوزان، پکتین، کاراگینان، پلانتاگو و غیره) به دست می آیند.

برای این منابع و فرمولاسیون منعقد کننده ها، هیبریدهای زیادی وجود دارد. با ترکیب دو یا چند ماده منعقد کننده، گزینه های بیشتری نیز در دسترس است. Chemkraft در استفاده از بهترین ویژگی های منعقد کننده ها برای ایجاد هیبریدهایی که انواع فرآیندهای تصفیه فاضلاب را بهینه می کند، تخصص دارد.

این امکان وجود دارد که در مقیاس رومیزی نحوه عملکرد یک منعقد کننده در فرآیند تصفیه فاضلاب را آزمایش کرد. آزمایش شیشه ابزاری ضروری برای مقایسه محصولات، بهینه سازی عملکرد، تخمین هزینه های پروسه و برنامه ریزی عملیات مناسب است.

سخن پایانی:

صرف نظر از اینکه کدام ماده شیمیایی منعقد کننده در قطار پروسه تصفیه فاضلاب وارد شـده است، واکنش های انعقادی نیاز به اختلاط کافی دارند. گزینه های معمول برای انجام اختلاط، یک میکسر استاتیک در خط یا یک مخزن انعقاد با یک میکسر برقی است. انتخاب تجهیزات به طراحی و عملکرد کلی سیستم بستگی دارد، اما هدف یکسان است. مولکول های منعقد کننده نیاز به تعامل و برخورد با ذرات معلق دارند تا سیستم کلوئیدی را از هم جدا کنند.

از لحاظ تاریخی، انعقاد فقط نمک فلز (آلوم، کلرید آهن، و غیره) می تواند لجن اضافی برای دفع بوجود آورد یا مسائل ایمنی و سمیت را در پایین دست تخلیه تصفیه ایجاد کند. انعقاد موثر می تواند به تثبیت عملکرد پروسه از طریق تغییرپذیری عملیات صنعتی با تغییر محصول، فعالیت های بهداشتی و تغییرات جریان کمک کند. انتخاب مرحله مناسب برای انعقاد کل سیستم تصفیه را با جداسازی جامدات موثرتر بهبود می بخشد.