انعقاد یک مکانیسم ضروری است که در اکثر تصفیه خانههای معمولی آب و فاضلاب رخ میدهد. این در یک واحد تصفیه فیزیکی شامل فرآیندهای حمل و نقل و افزودن مواد منعقد کننده در تصفیه آب برای واکنشهای شیمیایی، خنثی سازی بار و تشکیل لختههای کوچکتر برای تجمع به لختههای بزرگتر رخ میدهد. این امر حذف موثر آلاینده های مقاوم را توسط فرآیندهای پایین دست افزایش میدهد. با این حال، تصفیه نامناسب فاضلاب ممکن است تأثیر منفی زیادی بر تنوع زیستی و به طور کلی محیط زیست داشته باشد. در ادامه به معرفی انواع مواد منعقد کننده یا کواگولانت در تصفیه فاضلاب و فرآیندهای انعقادی حاصل از استفاده مواد منعقد کننده در تصفیه آب میپردازیم.
انعقاد چیست؟
انعقاد اصطلاحی است که برای توصیف فرآیند تبدیل مایع به حالت جامد استفاده میشود. مترادف آن عبارتند از لخته شدن. این یک فرآیند شیمیایی است که در آن خواص شیمیایی یک مایع به گونهای تغییر میکند که ذرات شروع به جمع شدن و تشکیل ماده جامد میکنند. مانند لختهسازها، استفاده از مواد منعقد کننده در تصفیه آب تکنیکی است که برای بیش از 4000 سال استفاده میشود و هنوز هم یکی از روشهای اولیه مورد استفاده امروز است.
مکانیزم کار مواد منعقد کننده در تصفیه آب
فرآیند انعقاد به طور گسترده در تصفیه آب و فاضلاب استفاده میشود، زیرا برای حذف جامدات معلق، کدورت، مواد آلی، روغن، نیاز شیمیایی به اکسیژن (COD) و رنگ موثر است. فرآیند انعقاد عمدتاً با افزودن مواد منعقد کننده در تصفیه آب انجام میشود که به ذرات کوچک آگلومرا (ذرات ریز غیرقابل ته نشینی) اجازه میدهد تا لختههای بزرگتری تشکیل دهند که میتوانند ته نشین شوند.
انعقاد و لخته سازی به هم مرتبط هستند. انعقاد فرآیند خوشه بندی تحت اختلاط با سرعت بالا است، در حالی که لخته سازی فرآیند ته نشینی تحت اختلاط ملایم است. به طور کلی، ذرات کلوئیدی ذرات با بار منفی هستند. بنابراین، انعقاد یک فرآیند شیمیایی است که شامل خنثی کردن این ذرات در آب و فاضلاب است، در حالی که لخته سازی یک فرآیند فیزیکی است که شامل تشکیل تکههایی از ذرات خنثی شده در طول فرآیند انعقاد است. بنابراین، لختههای بزرگ در طول انعقاد تشکیل میشوند و در طول لختهسازی تجمع یافته و ته نشین میشوند.
انعقاد یک فرآیند شیمیایی است که شامل خنثی کردن ذرات کلوئیدی با بار منفی در آب و فاضلاب است.
به طور کلی، فرآیند انعقاد به شرایط عملیاتی مانند زمان ته نشینی، سرعت اختلاط، نوع ماده منعقد کننده (کواگولانت) و دوز بستگی دارد. این عوامل کیفیت آب تولیدی را تعیین میکنند. علاوه بر این، دوز منعقد کننده باید برای یک سوسپانسیون مناسب ذرات آن باشد و سرعت اختلاط باید بالا باشد. سایر خواص مواد منعقد کننده در تصفیه آب، مانند طول عمر و کیفیت، پایداری منعقد کننده را در طول ذخیرهسازی تعیین میکند. به دنبال لخته شدن انعقاد، لختههای بزرگ از طریق ته نشینی گرانشی غرق میشوند. این فرآیند به سرعت ته نشینی ذرات بستگی دارد.
اندازه ذرات کلوئیدی از 0.001 تا 1.0 میکرومتر متغیر است زیرا آنها دارای بار منفی هستند و اندازه کوچک آنها در آب معلق هستند. چهار مکانیسم برای بی حرکت کردن این ذرات ریز با استفاده از مواد منعقد کننده در تصفیه آب استفاده میشود. خنثی سازی بار، پل زدن پلیمری، لخته سازی جارویی، و فشرده سازی دو لایه (شکل زیر).
تجزیه و تحلیلهایی مانند تجمع لخته اولیه، شاخص لخته سازی و عامل ته نشینی نسبی نشان داد که لختههای تولید شده توسط لختهسازی رفت و برگشت رفتار ته نشینی خوبی دارند اما سرعت تشکیل آهستهتری دارند. لختههای تولید شده توسط فشرده سازی دو لایه به دلیل نرخ تجمع بالا بزرگتر هستند، اما رفتار ته نشینی آنها تحت تأثیر نیروی اصطکاک غیر ضروری تشکیل شده بین لخته ها قرار میگیرد.
علاوه بر این، بار یونی منعقد کننده به طور قابل توجهی بر استحکام لختهها تأثیر میگذارد. یونهای دو ظرفیتی لختههایی قویتر از یونهای تک ظرفیتی تولید میکنند و به زمان کمتری برای ته نشین شدن نیاز دارند. به طور کلی، مکانیسم انعقادی غالب برای مواد منعقد طبیعی خنثی سازی بار است. (برای مطالعه بیشتر در مورد مکانیزم کار مواد منعقد کننده به reddit مراجعه کنید.)
عوامل موثر بر فرآیند انعقاد و عملکرد مواد منعقد کننده در تصفیه آب
تعیین شرایط عملیاتی بهینه بسیار مهم است، زیرا باید مواد منعقد کننده در تصفیه آب به طور کامل برای حذف آلایندهها استفاده شود. شرایط بهینه متفاوتی را میتوان برای منعقد کنندههای مختلف به دست آورد. درک عمیق از واکنش بین آلاینده و منعقد کننده برای دستیابی به عملکرد بالا علاوه بر کاهش هزینه و حجم لجن مورد نیاز است. پارامترهای زیادی بر راندمان فرآیند انعقاد برای تصفیه آب و فاضلاب تأثیر میگذارند و این پارامترها برای کنترل شرایط بهینه برای بالاترین بازده تغییر میکنند. عوامل اصلی موثر بر سرعت انعقاد شامل:
- دوز منعقد کننده
- pH
- کدورت
- سرعت و زمان اختلاط
- دما
این عوامل به طور قابل توجهی بر فرآیند انعقاد و اثربخشی و کارایی مواد منعقد کننده در تصفیه آب و فاضلاب تأثیر میگذارد.
انواع مواد منعقد کننده در تصفیه آب
انواع مختلفی از مواد منعقد کننده در تصفیه آب وجود دارد که در تنظیمات تصفیه آب و فاضلاب کاربرد دارند. اینها میتوانند مواد شیمیایی، غیر شیمیایی، مصنوعی یا منعقد کنندههای طبیعی باشند. با این حال، هر نوع منعقد کننده خواص منحصر به فرد خود را با یونهای مثبت دارد که بار منفی مواد آلی موجود در آب را که باعث کدورت میشود به دام میاندازد.
منعقد کننده های معدنی
نمکهای آلومینیوم و آهن رایجترین مواد منعقد کننده در تصفیه آب هستند. اینها شامل فلزات آلومینیوم مبتنی بر (آلومینیوم کلرید، آلومینیوم سولفات، آلومینات سدیم) و فلزات مبتنی بر آهن (سولفات آهن(II)، سولفات آهن (III) کلرید آهن) است. افزودن این مواد منعقد کننده به فاضلاب تحت یک سری واکنشها با یونهای هیدروکسیل (–OH) گونههای مونومر و چند هستهای تولید میکند.
این منجر به تفکیک نمکهای فلزی آنها برای آزاد شدن یونهای سه ظرفیتی آنها میشود که هیدراته میشوند و مولکولهای آب کمپلکس +Al (H2O)63 و +Fe (H2O)63 را به ترتیب برای آلومینیوم و آهن به دست میآورند. این منجر به جایگزینی مولکولهای آب (H2O) توسط یونهای OH– برای تشکیل محلول +Al (OH)2 و Fe (OH)2 میشود که عملکرد انعقادی را توسط یونهای سه ظرفیتی که به شدت بر روی سطح منفی کلوئیدها جذب میشوند، افزایش میدهد.
در نتیجه، مواد منعقد کننده در تصفیه آب که بر پایه فلز هستند به دلیل قیمت پایین و در دسترس بودن، بیشترین استفاده را دارند. با این حال، برخی از اشکالات وجود دارد.
- وابستگی به دوز بالا
- نیاز بالا به pH
- ضعف در اختلاف دما و تولید لجن بالا است.
- مصرف بیش از حد آلومینیوم و آهن در پساب، تهدیدی برای اکوسیستم و سلامت انسان مانند یبوست روده، قولنج شکم و اسپاسم است.
- منعقد کنندههای مبتنی بر فریک بسیار سوزاننده هستند و لکههای زنگرنگ بسیار قابل رویت مرتبط با نشت مواد شیمیایی ایجاد میکنند.
- بنابراین، علاقه زیادی به بهبود مواد منعقد کننده معدنی با استفاده از منعقد کنندههای آلی و طبیعی پلیمری برای تصفیه فاضلاب وجود دارد.
برخی از این مواد منعقد کننده در تصفیه آب که بر پایه فلز هستند با مزایا و معایب آنها در جدول زیر ارائه شده است.
معایب | مزایا | نام مواد منعقد کننده در تصفیه آب |
مواد جامد (نمک) محلول را به آب اضافه میکند. در محدوده pH محدود موثر است. | آسان برای رسیدگی و اعمال؛ رایج ترین استفاده؛ لجن کمتری نسبت به آهک تولید می کند. بین PH 6.5 تا 7.5 موثر است. |
سولفات آلومینیوم (آلوم) Al2 (SO4)3·18H2O |
اغلب با زاج استفاده میشود. هزینه بالا؛ در آبهای نرم بیاثر است. | موثر در آبهای سخت؛ دوز کوچکی معمولا مورد نیاز است. |
آلومینات سدیم Na2Al2O4 |
معمولا استفاده نمیشود؛ دادههای کم در مقایسه با سایر مشتقات آلومینیومی. | در برخی از کاربردها، Floc تشکیل شده متراکمتر و سریعتر از آلوم ته نشین میشود. |
پلی آلومینیوم کلرید (PAC) Al13(OH)20(SO)4Cl15 |
مواد جامد (نمک) محلول را به آب اضافه میکند. معمولا، نیاز به اضافه کردن ترکیب قلیایی است. | موثر بین pH 4-6 و 8.8-9.2 |
فریک سولفات Fe2(SO4)3 |
مواد جامد (نمک) محلول را به آب اضافه میکند. دو برابر بیشتر از زاج، قلیا مصرف میکند. | بین PH 4 تا 11 موثر است. |
کلرید آهن FeCl3.6H2O |
مواد جامد (نمک) محلول را به آب اضافه میکند. معمولا نیاز به اضافه کردن قلیاییت است. | به اندازه آهک به pH حساس نیست. |
سولفات آهن (فروس سولفات) FeSO4·7H2O |
وابسته به pH؛ مقدار زیادی لجن تولید میکند. مصرف بیش از حد میتواند منجر به کیفیت پایین پساب شود. | به صورت متداول استفاده میشود؛ بسیار موثر؛ ممکن است نمک به پساب اضافه نکند. |
آهک Ca(OH)2 |
شرکت پیشگامان شیمی وارد کننده و توزیع کننده انواع منعقد کننده های معدنی با برندهای مختلف میباشد. شما میتوانید جهت خرید منعقد کننده معدنی مورد نظر خود با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید و یا از طریق لینک های زیر به صفحات مربوط به خرید هر کدام از محصولات مراجعه کنید.
منعقد کنندههای آلی
منعقد کنندههای آلی به طور کلی مونومرهای سنتز شده از منعقد کنندههای آلومینیوم و آهن هستند که در تنظیمات فاضلاب به عنوان کمکهای منعقد کننده یا لخته سازها قابل استفاده هستند. جدول زیر برخی از منعقد کنندههای آلی را نشان میدهد که معمولاً در تصفیه آب آشامیدنی و پساب پس از افزودن منعقد کنندههای معدنی برای افزایش کارایی تصفیه به کار میروند.
انواع مختلفی از منعقد کنندههای آلی وجود دارد که بارهای کووالانسی و پیوندهای مولکولهای پلیمری آنها متفاوت است. اینها شامل پلیمرهای باردار یا یونی (پلی الکترولیتها) و بدون بار یا پلیمرهای غیر یونی میشوند. در مورد پلیمرهای باردار، آنهایی که بار مثبت دارند، منعقد کننده کاتیونی نامیده میشوند، در حالی که آنهایی که بار منفی دارند، پلیمرهای آنیونی نامیده میشوند.
نام | فرمول | خواص معمولی | کاربرد |
پلی آلومینیوم کلروهیدرات (ACH) Al2(OH)5Cl |
PAC 23 | * 23–24% Al2O3 or 40–41% w/w ACH | در جاهایی که آب خام دارای pH و قلیائیت پایین است، به جای زاج استفاده می شود. تاثیر کمی بر PH دارد |
MEGAPAC 23 | |||
ALCHLOR AC | * SG 1.33 | ||
* 83–84% basicity | |||
PROFLOC A23 | * 8.5% w/w Cl *535 g/l | ||
پلی آلومینیوم کلرید (PACl) Al2(OH)3Cl3 |
PAC-10 LB | * 10–11% Al2O3 or 20–23% w/w PACl | در جاهایی که آب خام دارای pH و قلیائیت پایین است، به جای زاج استفاده میشود. تاثیر بیشتری بر PH نسبت به ACH دارد. |
MEGAPAC 10 | |||
* SG 1.18 | |||
* 50% basicity | |||
* 10.5% w/w Cl | |||
* 245 g/l | |||
سیلیکوسولفات پلی آلومینیوم Al2(OH)3.24Si0.1(SO4)1.58 |
PASS® | * 10% Al2O3 or 5.3% w/w Al | به راحتی لخته تشکیل میدهد. |
* SG 1.34 | |||
* 54% basicity | |||
سولفات پلی فریک Fe2(OH)0.6(SO4)2.7 |
PFS® | * 12.2% w/w Fe(III) or 43.7% w/w Fe2(SO4)3 | بیشتر برای فاضلاب امولسیون شده با روغن استفاده میشود. |
* SG 1.54 | |||
* 10% basicity | |||
* 673 g/l |
منعقد کننده های پلیمری
منعقد کنندههای آلی آبگریز که از منعقد کنندههای معدنی اقتباس شدهاند به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد خود به عنوان یکی ازمواد منعقد کننده در تصفیه آب مورد توجه قرار گرفتهاند. پلیمرهای آلی به طور کلی به عنوان پلیمرهای طبیعی و مصنوعی طبقه بندی میشوند. پلیمرهای طبیعی ترکیباتی آبدوست هستند که دارای خصوصیات طبیعی به عنوان غیرسمی بودن برای انسان، در دسترس بودن و دوستدار محیط زیست هستند.
با این حال، استفاده از پلیمرهای طبیعی ممکن است در همه موارد در تنظیمات تصفیه فاضلاب موثر نباشد. این ممکن است به دلیل خواص آنها باشد که قابل تغییر نیستند (مانند کیتوسان، تانن، نشاسته، مورینگا اولیفرا). پلیمرهای طبیعی معمولاً با منعقد کنندههای معدنی مخلوط میشوند تا کارایی آنها افزایش یابد، اگرچه پلیمرهای مصنوعی گاهی اوقات میتوانند برای انسان سمی باشند.
پلیمرهای آلی را میتوان به راحتی در طول فرآیند تولید برای کاربرد وسیعتر اصلاح و بهینه کرد. چندین پلیمر با زنجیرههای پلیمری به شکل خطی، منشعب یا ساختارها متقاطع تولید میشوند. به عنوان مثال، شکل زیر ساختار شیمیایی پلی دی آلیل دی متیل آمونیوم کلرید (pDADMAC)، پلیمرهای اپی کلروهیدرین/دی متیل آمین (ECH/DMA) و پلی آکریل آمیدهای کاتیونی (CPAMs) نمونههایی از پلیمرهای مصنوعی کاتیونی هستند در حالی که کیتوسان نمونهای از پلیمرهای طبیعی است.
پلیمرهای آنیونی
پلیمرهای آنیونی، پلیمرهای آمفوتریک هستند که وقتی گروههای یونی آنها در یک محیط جدا میشوند، بار منفی دریافت میکنند. پلیمریزاسیون آنها بسیار حساس است و شامل تغییر در وزن مولکولی، گروههای بار و چگالی و همچنین ساختار خطی یا شاخهای آنها است. این معمولاً با استفاده از گونه های آنیونی فعال مانند سدیم، نیتریل، هیدروکسید یا گونههای کاتیونی تحریک میشود. مانند اسید کلریدریک، اسید سولفوریک و اسید فسفریک. هیدرولیز بعدی پلی آکریل آمید در شرایط pH بازی پلیمری با بارهای آنیونی تولید میکند.
فرمول مولکولی | CD (mol %) | CD (meq/g) |
C3H3 O2Na | 100 | 10.2 |
(C3H3 O2Na)0.75(C3H5 ON)0.25 |
75 | 8.5 |
(C3H3 O2Na)0.50(C3H5 ON)0.50 |
50 | 6.1 |
(C3H3 O2Na)0.25(C3H5 ON)0.75 |
25 | 3.3 |
(C3H3 O2Na)0.1(C3H5 ON)0.9 |
10 | 1.4 |
پلیمرهای کاتیونی
پلیمرهای کاتیونی منعقد کنندههای آلی طبیعی یا مصنوعی با بار مثبت هستند. برخی از این پلیمرها دارای گروههای آمونیومی باردار هستند که آنها را بدون توجه به تغییرات pH آنها الکترولیتهای قوی میکند. به عنوان مثال، pDADMAC، ECH/DMA و CPAM ها پلیمرهای کاتیونی مصنوعی هستند در حالی که کیتوسان یک پلیمر کاتیونی طبیعی است که قبلا ذکر شد. هیدرولیز گروههای استری و در نتیجه از دست دادن بار کاتیونی به CD و pH وابسته است. جدول زیر CD پلیمرهای کاتیونی مختلف را بر حسب مول درصد و meq/g پلیمر نشان می دهد. چگالی بار بالاتر نشان میدهد که پلیمر دارای حلقه بیشتری است که باعث افزایش پل بین ذرات و بیثباتی موثر محیط میشود.
پلیمر | فرمول مولکولی | CD (mol %) | CD (meq/g) |
PDADMAC | C8H16NCl | 100 | 6.2 |
ECH/DMA | C5H12 ONCl | 100 | 7.3 |
CPAM | C8H16 O2NCl | 100 | 5.2 |
CPAM |
(C8H16 O2NCl)0.5(C3H5 ON)0.5 |
50 | 3.8 |
CPAM |
(C8H16 O2NCl)0.25(C3H5 ON)0.75 |
25 | 2.5 |
CPAM |
(C8H16 O2NCl)0.1(C3H5 ON)0.9 |
10 | 1.2 |
کیتوسان |
C6H11 O4N.HCl |
100 | 5.2 |
پلیمرهای طبیعی یا غیر یونی
چندین پلیمر طبیعی وجود دارد که دارای خواص کاتیونی ذاتی هستند، که میتوان آنها را اصلاح کرد تا یک پلی الکترولیت کاتیونی تولید کند تا برای جداسازی جامد از مایع به عنوان منعقد کننده در تصفیه آب استفاده شود. پلیمرهای غیر یونی از نظر ساختار، وزن مولکولی و تجزیه پذیری متفاوت هستند. برخی از نمونهها عبارتند از پلی آکریل آمیدها (PAMs)، کیتوسان، نشاسته بدون جایگزینی، مشتقات سلولز، و چسب است. کیتوسان، مانند بسیاری از پلیمرهای طبیعی، عاری از سمیت است که باعث میشود آنها به طور کلی از نظر سلامت قابل قبول باشند.
استفاده از کیتوسان به عنوان یکی از مواد منعقد کننده در تصفیه آب به رنگزدایی پسابهای رنگزا، تصفیه ضایعات فرآوری مواد غذایی، حذف یونهای فلزی و تهویه لجن اشاره شده است. متعاقباً از خاک رس ارگانیک که محصول فرعی از مواد طبیعی یا مصنوعی است به عنوان جاذب برای تصفیه آب استفاده میشود. آنها به طور کلی به عنوان جاذبهای ارزان قیمت شناخته میشوند که به راحتی در دسترس هستند. اینها شامل خاک رس توپی، بنتونیت و کائولن است. خاک رس نیز نتیجه ادغام خاک رس مونتموریلونیت سدیم با نمک آمین چهارتایی کاتیونی است که سدیم جذب شده را از طریق تبادل یونی مبادله میکند.
جهت خرید منعقد کننده پلیمری مورد نظر خود با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید و یا از طریق لینک های زیر به صفحات مربوط به خرید هر کدام از محصولات مراجعه کنید.
نمونه استفاده از مواد منعقد کننده در تصفیه آب
پلیمرهای آلی و منعقد کنندههای معدنی در طول سالیان متمادی در تصفیه شیمیایی و تصفیه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار گرفته اند. اینها در تصفیه شیمیایی برای کمک به ته نشینی مواد جامد فاضلاب برای افزایش حذف مواد معلق استفاده میشوند. انتظار می رود انعقاد قبل از ته نشینی گرانشی در مقایسه با انعقاد بدون انعقاد، حذف جامد معلق در حدود 90 درصد را به همراه داشته باشد.
این مفهوم همچنین برای انعقاد اولیه پسابهای صنعتی که جداسازی ممکن است بر اساس شناورسازی باشد، مانند نمونههایی از صنایع چرم، فولاد، پشمشویی، آرایشی و بهداشتی، مواد شوینده، پلاستیک، رنگرزی، کاغذ، فرآوری مواد غذایی و آبجوسازی کاربرد دارد. پلیمر کاتیونی که به صورت آبگریز اصلاح شده است در مورد حذف صابون، روغن و گریس قابل توجه است. جدول زیر نمونههایی را برای کاربرد پلیمرهای آلی به عنوان یکی از مواد منعقد کننده در تصفیه آب نشان میدهد.
صنعت | مواد منعقد کننده در تصفیه آب | مقدار مورد استفاده | کارایی |
خمیر و کاغذ | پلی آلومینیوم سیلیکات کلرید | 40 mg/l | 93.13% COD 91.12% کدورت |
صنعت نساجی | PAC | 25 mg/l | 90.17% COD, 74.09% TDS and 93.47% کدورت |
فاضلاب رنگ | کلریدهای پلیفریک (PFCs) | 30 mg/l | 55% کاهش |
فاضلاب کارخانه چرم سازی سبزیجات | PACl (پلی آلومینیوم کلرید) | 60 mg/l | 45%TSS, 20% COD و 80% کدورت |
پساب روغن پالم | PAC | 0.5 g/l, 8.0 and 60 g/l | 99% SOG |
نتیجه گیری
انعقاد یکی از سادهترین روشها برای تصفیه آب و فاضلاب به ویژه برای مواد جامد غیر قابل ته نشینی، کدورت و رنگ پسابها است. مواد منعقد کننده در تصفیه آب برای حذف طیف گستردهای از مواد خطرناک از آب، از مواد آلی و عوامل بیماری زا گرفته تا مواد معدنی و سمی مانند آرسنیک، فسفر شیمیایی و فلوراید استفاده میشوند. در این محتوا به معرفی برخی مواد منعقد کننده در تصفیه آب و پارامترهای عملیاتی انعقاد برای تصفیه آب و فاضلاب و محدودیت های مرتبط با انعقاد با استفاده از منعقد کنندههای معدنی پرداختیم. در صورت داشتن هرگونه سوال در مورد مواد منعقد کننده در تصفیه آب یا سایر مواد شیمیایی تصفیه فاضلاب با تیم متخصص ما تماس بگیرید.
شمارههای تماس : –