جستجو:

انعقاد ( Coagulation )


امروزه با توجه به اهميت آب در زندگي و همچنين مسائل محيط زيستي، تصفيه آن از اهميت خاصي برخوردار مي باشد. بطور کلي در تصفيه آب و فاضلاب از روش هاي مختلف شیمیایی و فیزیکی از جمله ته نشيني و فيلتراسيون و روش هاي بيولوژيکي استفاده مي شود. يکي از مهمترين روش هاي تصفيه آب و فاضلاب، منعقدسازي مواد زائد موجود در آب بوسيله منعقد کننده ها مي باشد. انتخاب نوع مناسب منعقد کننده و همچنین مقدار مناسب از آن تاثیر بسزایی در عملیات منعقد سازی دارد. عموما عمل رسوب دهي توسط نيروي جاذبه انجام مي شود. اما در اين فرآیند مي توان از روش هايي (افزودن مواد منعقد کننده) براي افزايش سرعت رسوب دهي استفاده کرد. مواد منعقد کننده داراي انواع مختلفي مي باشند که عبارتند از: منعقد کننده هاي غير آلي (معدني)، منعقد کننده هاي آلي سنتزي، منعقد کننده هاي طبيعي.


هدف اصلی در تصفیه آب (Water Treatment) سطحی، شفاف سازی شیمیایی بوسیله منعقد سازی و مخلوط کردن (Mixing )، لخته کردن (Flocculation )، رسوب گذاری ( Sedimentation ) و فیلتراسیون ( Filtration ) است. این واحدها ، فرآیندها ، همراه با ضدعفونی (Disinfection )، کار کردن برای حذف ذرات ، به طور طبیعی برای مواد آلی ( NOM [یعنی باکتری ، جلبک ، زئوپلانکتون ها ، و ترکیبات آلی])، و میکروب ها از آب رخ می دهند. این واحدها همچنین به تولید آب غیر خورنده ( non-corrosive ) کمک می کنند. به طور خاص، منعقد سازی و لخته سازی روی ناپایدار کردن ذرات و مواد متراکم شده محلول و ذرات معلق کار می کنند. رسوب گذاری مواد جامد محلول را حذف می کند و حذف 2/1 لگاریتم مقدار انگل Giardia و 1 لگاریتم مقدار ویروس را فراهم می کند. فیلتراسیون مواد جامد را حذف می کند و برداشته شدن به میزان 2 لگاریتم مقدار انگل Giardia و1 لگاریتم مقدار ویروس تهیه می کند. در نهایت، ضد عفونی کننده میکروب ها را غیر فعال کرده و 2/1 لگاریتم مقدار انگل Giardia و 1 لگاریتم مقدار ویروس را حذف می کنند.
از این شکل 1 ، می توان دید که پس از غربالگری و دیگر فرآیندهای پیش تصفیه، واحد فرآیند بعدی در یک سیستم معمول تصفیه آب یک میکسر ( mixer ) است جایی که مواد شیمیایی به آنچه که به عنوان منعقد سازی شناخته شده اند، افزوده می شوند. استثناء پیکربندی این واحد فرآیند در سیستم های کوچکی که از آب های زیر زمینی استفاده می کنند رخ می دهد، زمانی که میزان مصرف کلر یا دیگر مقادیر کنترل طعم و بو در مدخل آبگیری معرفی شده و میزان تصفیه آب هستند.

 

 

مواد موجود در آبی که تصفیه نشده ممکن است در اندازه، غلظت، و نوع متفاوت باشند. مواد موجود در آب ممکن است به عنوان مواد معلق، کلوییدی، یا محلول دسته بندی شوند.
ذرات معلق ممکن است در اندازه و وزن متفاوت بوده و به جریان آب وابسته هستند. جریان ها و سرعت های بالا می توانند مواد بزرگتری حمل کنند. همچنان که سرعت کاهش پیدا می کند، ذرات معلق بر اساس اندازه و وزن ته نشین و تصفیه می شوند.
مواد دیگر ممکن است در حالت محلول باشند. برای مثال نمک حل شده در آب را در نظر بگیرید. ماده در حالت کلوییدی حل شده نیستند، اما ذرات خیلی کوچک هستند، آنها به صورت رسوب از آب خارج نمی شوند. رنگ ( مانند آب باتلاقی به رنگ چای) عمدتا به علت کلوییدها یا وجود بسیار زیاد ذرات ریز ماده در حالت تعلیق است. ذرات کلوییدی و ذرات محلول در آب به طور الکتریکی باردار هستند. به دلیل اینکه بیشتر بارها یکسان و به صورت بار منفی هستند و یکدیگر را دفع می کنند، ذرات پراکنده شده و در حالات محلول یا کلوییدی باقی می مانند.
اگر آب هنوز به مقدار کافی به مواد معلق اجازه دهد ته نشین شوند، ذرات معلق عملیات تصفیه، تصفیه خواهند شد. میزان حل شدن ذرات را چون از قوانین خاصی از فیزیک پیروی می کنند، می توان تعیین کرد. بسیاری از مواد معلق ممکن است خیلی آرام ته نشین شوند که در نتیجه فرآیند طبیعی ته نشین شدن غیر عملی شده، و اگر درات کلوییدی در محلول حضور داشته باشند، ته نشین شدن اتفاق نخواهد افتاد. علاوه بر این، آبی که از یک منبع آب تصفیه نشده کشیده می شود اغلب حاوی بسیاری از ذرات کوچک ناپایدار ( غیر چسبنده ) است. بنابراین، رسوب گذاری به تنهایی، معمولا روشی غیر عملی برای به دست آوردن آب آشامیدنی تمیز در بیشتر مکان ها است و روش دیگری برای افزایش میزان رسوب باید استفاده شود: انعقاد. به سادگی، انعقاد برای تبدیل ذرات پایدار ( غیر چسبنده ) به ذرات ناپایدار (چسبنده) طراحی شده است.
اصطلاح انعقاد به یک سری عملیات های شیمیایی و مکانیکی اشاره می کند که توسط منعقد کننده ها اعمال شده و موثر هستند. این عملیات ها شامل دو مرحله‌ی متفاوت است:
(1) مخلوط کردن سریع برای توزیع و پخش منعقد کننده ها بوسیله حرکت خشن و سریع درون آب و شروع تصفیه
(2) برای حرکت ملایم تر، یک زمان طولانی تری نیاز ات تا درون محل انباشته شدن، ذرات لخته شده به ذرات کوچک انباشته و بعد به ذرات خیلی ریز انباشته شده تبدیل شوند.
منعقدکننده ها باید به آب خالص افزوده شوند و به طور کامل به درون مایع پخش شوند؛ چنین توریع یکنواختی از مواد شیمیایی تصفیه از طریق حرکت یا مخلوط شدن سریع به دست می آید.
انعقاد ناشی از افزودن نمک های آهن یا آلومینیوم به آب است. منعقد کننده های معمولی ( نمک ها ) عبارتند از :

 1.     آلوم یا زاج سفید ( آلومینیوم سولفات) [Alum (Aluminum Sulfate)  ] Al2(SO4).n H2O  

 

 

2.     آلومینات سدیم   [Sodium Aluminate  ]     Na3AlO3            

 

 

3.     سولفات فریک  [Ferric Sulfate  ] Fe2(SO4)3      

 

 

4.     سولفات آهن  [Ferrous Sulfate  ] FeSO4.7H2O                                                        

 

 

5.     کلرید فریک [Ferric Chloride  ]  FeCl3.6H2O                        

 

                               

 

6.     پلیمرها مانند پلی آلومینیوم کلراید (PAC) [Poly Aluminum Chloride ]AL2 (OH)n CI6            

 

                            

انعقاد واکنش بین یکی از این نمک ها با آب است. ساده ترین فرآیند انعقاد بین آب و آلوم اتفاق می افتد. آلوم یا آلومینیوم سولفات از واکنش شیمیایی بین سنگ معدن بوکسیت و اسید سولفوریک بدست می آید. دوام نرمال آلوم مایع معادل 3/8 % است، در حالیکه دوام آلم خشک 17 % است.
هنگامی که آلوم در آب قرار می گیرد، یک واکنش شیمیایی رخ می دهد که یون های آلومینیوم با بار مثبت تولید می کند. نتیجه کلی کاهش بارهای الکتریکی و تشکیل ماده ای چسبنده- تشکیل توده ای انباشته، که هنگامی که به درستی شکل گرفت، ته نشین خواهد شد. این دو عامل های بی ثبات کننده کمک های اصلی ای هستند که باعث می شوند انعقاد کدورت، رنگ و میکرو ارگانیسم ها را حذف کند.
ترجیحا آلوم مایع در تصفیه آب استفاده می شود زیرا این ماده دارای مزایای متعددی نسبت به سایر منعقد کننده هاست، از جمله عبارتند از :

 

1. سهولت استفاده
2. هزینه های پایین تر
3. مستلزم کار کمتری برای تخلیه، ذخیره، و انتقال است
4. حذف عملیات های حل شدن
5. نیازمند فضای ذخیره سازی کمتر
6. دقت بیشتر در اندازه گیری و کنترل ارائه می دهد
7. حذف نامطبوعی استفاده از آلوم خشک
8. نگهداری آسان تر


اولین مرحله‌ی انعقاد تشکیل توده است؛ برای عالی ترین کارایی، سرعت؛ ابتدا باید مخلوط شدن آب تصفیه نشده و منعقد کننده رخ دهد. بعد از مخلوط کردن، آب باید به آرامی هم زده شود تا اینکه خیلی کوچک شوند، ذراتی که به تازگی تشکیل شده اند می توانند ذرات کلوییدی درون محلول را جذب کرده، آنها را نگهداری کنند تا توده‌ی بزرگتری تشکیل شود. این مرحله‌ی مخلوط دومین مرحله از فرآیند است ( لخته سازی ) که در ادامه بیشتر به آن می پردازیم.
تعدادی از عوامل موثر بر فرآیند انعقاد عبارتند از : pH ، کدورت، دما، قلیائیت، و استفاده از پلیمرها. درجه تاثیر گذاری این عوامل روی انعقاد به مقدار استفاده از منعقد کننده ها بستگی دارد.
شرایط آب تصفیه نشده، pH بهینه برای انعقاد، و عوامل دیگر قبل از تصمیم گیری اینکه کدام ماده شیمیایی باید غنی تر شود و در چه سطحی باشد، باید در نظر گرفته شود.