انعقاد، ترسیب و حذف فات سنگین

انعقاد (Flocculation)

عمل انعقاد برای حذف مواد معلق یا کلوئیدی به کار می رود. کلوئیدها ذراتی هستند که دامنه اندازه آنها 0.1 الی 1 نانومتر می باشد. این ذرات در حالت عادی ته نشین نشده و نمی توان آنها را با فرایند های معمول 

تصفیه فیزیکی حذف نمود. کلوئید های موجود در فاضلاب، آبگریز یا آب دوست هستند. کلوئیدهای آبگریز (گل رس و غیره) هیچ کششی به محیط مایع نداشته و در حضور الکترولیت ها پایداری ندارند. آنها به سادگی با انعقاد ته نشین می شوند. کلوئیدهای آب دوست مانند پروتئین ها، کشش قابل ملاحظه ای را به آب نشان می دهند. آب جذب شده برای ه سازی بازدارنده است و غالباً به تصفیه ویژه ای برای رسیدن به انعقاد موثر نیاز است.
خصوصیات الکتریکی کلوئیدها باعث پیدایش نیروی دافعه ای می شود که از تراکم و ته نشینی آنها جلوگیری می کند. یون های پایدارساز به شدت جذب یک لایه ثابت داخلی شده و بار ذره ای را تولید می کند که با والانس و عدد یون های جذب شده تغییر می کند. یون های با بار مخالف لایه کم تراکم (diffuse) خارجی را تشکیل می دهند که توسط نیروهای الکترواستاتیکی در نزدیکی سطح نگه داشته می شوند. پتانسیل زتا عبارت است از افت پتانسیل بین slipping plane و توده محلول که به بار الکتریکی ذره و ضخامت لایه دوگانه بستگی دارد. ضخامت لایه دو گانه (X) با غلظت و والانس الکترولیت های غیر ویژه (nonspecific) نسبت عکس دارد. نیروی کششی واندروالس در مجاورت ذرات کلوئیدی موثر است. پایداری یک کلوئید ناشی از نیروهای دافعه الکترواستاتیکی است و در مورد کلوئیدهای آب دوست در اثر حل شدن (solvation) که یک لایه آب عمل انعقاد را به تاخیر می اندازد می باشد. در ادامه با چگونگی مکانیسم انعقاد و کاربرد آن در 

پکیج تصفیه فاضلاب و 

دستگاه تصفیه RO بیشتر آشنا می شویم/

مکانیسم انعقاد (Flocculation process)

انعقاد حاصل دو مکانیسم اساسی است:
1. انعقاد پری سینتیک یا الکتروسینتیک، که در آن پتانسیل زتا بوسیله یون ها یا کلوئیدهای با بار مخالف تا سطح کمتر از نیروهای جاذبه واندروالس کاهش می یابد.
2. انعقاد ارتوسینتیک، که در آن ذرات (micelles) انباشته شده و توده هایی را تشکیل می دهند که ذرات کلوئیدی را دور خود جمع می کند.
افزودن کاتیون های با بار زیاد، بار ذره و فاصله موثر لایه مضاعف را کاهش داده و در نتیجه پتانسیل زتا کاهش می یابد. با حل شدن ماده منعقد کننده، کاتیون ها بار منفی روی کلوئیدها را خنثی می کنند. این امر قبل از شکل گیری ه قابل رویت اتفاق می افتد و اختلاط سریع که کلوئید را اندود می کند در این فاز موثر است. سپس ه های ریز شکل می گیرند که به علت جذب H بار مثبت را در دامنه اسیدی نگه می دارند. این ه های میکرو، اغلب برای خنثی سازی و پوشاندن ذرات کلوئیدی بکار می روند. عمل ه سازی (فلوکولاسیون)، کلوئیدها را با یک ه اکسید آبی (hydrous) متراکم می کند. در این فاز، جذب سطحی نیز فعال است. کلوئیدهایی که در ابتدا جذب نشده اند، با گیر کردن در ه ها حذف می شوند.
در صورت وم، ابتدا باید قلیائیت افزوده شود (بیکربنات بدون اینکه pH بالا برود باعث تولید قلیائیت می شود که مزیت است). سپس آلوم یا نمک های آهن (III) اضافه می شوند. این نمک ها کلوئیدها را با Al3 یا Fe3 و ه های ریز را با بار مثبت می پوشانند. کمک منعقد کننده ها مانند سیلیس فعال و یا پلی الکترولیت ها برای تشکیل بیشتر ه ها و کنترل پتانسیل زتا در خاتمه افزوده می شوند. پس از افزودن قلیا و ماده منعقد کننده، اختلاط سریع 1 تا 3 دقیقه ای و به دنبال آن ه سازی با افزودن کمک منعقد کننده به مدت 20 تا 30 دقیقه توصیف شده است. ناپایداری را می توان از طریق افزودن پلیمرهای کاتیونی به انجام رسانید که می تواند سیستم را بدون ایجاد تغییری در PH به نقطه ایزوالکتریک برساند. اگر چه پلیمرها به عنوان یک منعقد کننده 10 تا 15 برابر آلوم تاثیر دارند ولی به میزان قابل ملاحظه ای گران هستند.

مشخصات مواد منعقد کننده

مقبولترین منعقد کننده در 

تصفیه فاضلاب و همچنین پیش 

تصفیه آب سولفات آلومینیوم یا آلوم {Al2(SO4)3.18H2O} است که به شکل مایع یا جامد در دسترس است. وقتی که آلوم در حضور قلیائیت به آب افزوده می شود، واکنش مربوطه به صورت زیر است:

هیدروکسید آلومینیوم دارای فرم شیمیایی Al2O3.xH2O بوده و یک آمفوتر است که می توان به عنوان اسید و یا یک باز عمل نماید. مقادیر بالای آلوم مصرف شده در تصفیه اغلب فاضلاب های صنعتی، بسته به pH ه سازی می تواند منجر به ترسیب ثانویه ه آلوم شود.
نمک های آهن (III) نیز عموماً بعنوان منعقد کننده به کار می روند ولی ایراد آن در این است که کار کردن با آن دشوار است. اکسید آهن آبی نامحلول در pH بین 3 تا 13 تولید می شود:

بار ه در محدوده اسیدی مثبت و در محدوده قلیایی منفی بوده و در محدوده pH از 6.5 تا 8 مخلوط می باشد. حضور آنیون ها، دامنه ه سازی موثر را تغییر می دهند. یون سولفات محدوده اسیدی را افزایش می دهد ولی از محدوده بازی می کاهد. یون کلراید، محدوده ها را اندکی در هر دو جهت زیاد می کند.
آهک یک ماده منعقد کننده واقعی نیست اما با قلیائیت بی کربناتی برای ترسیب کربنات کلسیم و با ارتوفسفات برای ترسیب هیدروکسی آپاتیت کلسیم واکنش می دهد. هیدروکسید منیزیم در pH بالا رسوب می کند. زلال سازی خوب اغلب به حضور قدری Mg(OH)2 ژلاتینی نیاز دارد اما این امر آبگیری لجن را مشکل می سازد. در اغلب موارد می توان لجن آهکی را تغلیظ نموده، آبگیری کرده، و آن را کلسینه نمود تا کربنات کلسیم به آهک تبدیل شده و مورد استفاده مجدد قرار گیرد.

کمک منعقد کننده ها

افزودن برخی از مواد شیمیایی انعقاد را با افزایش تعداد ه هایی که زود ته نشین می شود افزایش خواهد داد. سیلیس فعال یک پلیمر با زنجیره کوتاه است که برای پیوند دادن ذرات خیلی ریز آلومینیوم هیدراته به همدیگر به کار می رود. مقدار زیاد سیلیس به علت خصوصیات الکترونگاتیوی آن شکل گیری ه را محدود می سازد. مقادیر معمول آن 5 تا 10mg/l می باشد.
پلی الکترولیت ها، پلیمرهای با وزن مولکولی بالا هستند که حاوی گروه های قابل جذب سطحی بوده و پل هایی را میان ذرات یا ه های باردار تشکیل می دهند. بدین طریق ه های بزرگ (0.3 تا 1mm) وقتی به وجود خواهند آمد که  مقادیر کم پلی الکترولیت (1 تا 5mg/l) همراه با آلوم یا کلرور فریک افزوده شود. پلی الکترولیت زیاد از pH تاثیر نمی پذیرد و می تواند به تنهایی از طریق کاهش بار موثر روی کلوئید به عنوان منعقد کننده به کار رود. سه نوع پلی الکترولیت وجود دارد: کاتیونی، که روی کلوئید یا زره ه دارای بار منفی جذب می شود، آنیونی که گروه های آنیونی را روی ذره کلوئید تعویض کرده و اجازه پیوند هیدروژنی را بین کلوئید و پلیمر می دهد، و غیر یونی که جذب شده و از طریق پیوند هیدروژنی بین سطوح جامد و گروه های قطبی پلیمر تشکیل ه می دهد.