مواد منعقد کننده یا کواگولانت چیست؟

منعقد کننده ها اجزای کلیدی برای فرآیند تصفیه فاضلاب هستند که به مواد جامد معلق می چسبند و آن ها را ته نشین می کنند تا به راحتی آن ها را حذف کنند و فرآیند تصفیه انجام گردد. برای پیشگیری از عدم انطباق و اضافه برداشت و همچنین کاهش هزینه ی مصرفی، انتخاب نوع و مقدار منعقد کننده بسیار مهم است. انتخاب مناسب و کاربردی یک منعقد کننده، می تواند برای موفقیت یک پروسه حیاتی باشد. از منعقد کننده ها برای بی نظمی تعلیق کلوئیدی و خنثی کردن مواد جامد معلق استفاده می شود.

وقتی از منعقد کننده ها صحبت می شود، یون های مثبت با والانس بالا مانند آلومینیوم و آهن مد نظر هستند. آلومینیوم به عنوان (آلومین) و آهن به عنوان FeCl3 و همچنین می توان فرم نسبتا ارزان FeSO4 را اعمال کرد، به شرط آن که در طول هوادهی به +Fe3 اکسید شود. فرآیند انعقاد بسیار به دوز منعقد کننده، pH، وغلظت کلوئید بستگی دارد. برای تنظیم pH سطح، Ca(OH)2 به عنوان یک فولکولانت استفاده می شود. دوزها معولا بین 10 تا 90 میلی گرم، در+Fe3 تفاوت دارند اما در هنگام استفاده از نمک، دوز بالاتری باید مصرف شود. در فرآیند انعقاد، بی نظمی کلوئیدها با افزودن مواد شیمیایی، خنثی می شود. این مواد شیمیایی که به عنوان منعقد کننده شناخته می شوند، معمولا دارای ولتاژ بالا هستند. نمک های کاتیونی شامل ( Al3+ ، Fe3+ ، Mg2+ ، +Na و غیره...) هستند. در واقع انعقاد اساسا یک فرآیند شیمیایی است. منعقد کننده به عنوان ماده شیمیایی در فرآیند تصفیه پساب برای حذف جامدات، شفاف سازی آب، آهک زنی، ضخیم شدن لجن و آبگیری جامدات، مورد استفاده است. منعقد کننده ها بار الکتریکی منفی روی ذرات را خنثی می کنند تا نیروهای باقیمانده از کلوئید ها را از بین ببرند. منعقد کننده های تصفیه آب از مولکول های بار مثبت تشکیل شده اند که وقتی به آب اضافه می شوند و مخلوط می شوند، خنثی سازی را انجام می دهند.
مرحله اول در طی عملیات انعقاد به عنوان کواگولاسیون معروف است. این مرحله از انعقاد در حالت اختلاط سریع صورت می گیرد. در این مرحله ماده کمک منعقد کننده و منعقد کننده ضمن افزوده شدن به آب بطور کامل و یکنواخت با عمل اختلاط سریع به صورت هیدرولیکی و یا مکانیکی در آب مخلوط می شوند. این مرحله جهت هیدرولیز سریع ماده منعقد کننده و بی بار کردن یا کواگولاسیون ذرات کلوئیدی انجام می شود. در این مرحله پتانسیل ذرات کاهش یافته و امکان نزدیک شدن ذرات به یکدیگر فراهم می شود. این مرحله معمولاً ظرف مدت یک تا دو دقیقه انجام می شوند.

فرآیند انعقاد

در فرآیندهای انعقاد سازی و لخته سازی، ذرات بسیار ریز کدریت (ابعاد کمتر از میکرون) و رنگ، به توده هایی بزرگ تبدیل می شوند، که حذف آن ها به روش های مختلف فیزیکی مثل ته نشینی، فیلتراسیون و غیره انجام می شود. انعقاد سازی و لخته گذاری پدیده های پیچیده ای هستند که هنوز هم کاملا شناخته نشده اند.

ذرات بسیار ریز کلوئیدی معلق در آب معمولا دارای بار الکتریکی منفی هستند. همانطور که می دانید ذرات بار منفی در کنار یکدیگر، نیروی دافعه ایجاد می کنند و در واقع ذرات پایدار می شوند. بنابراین مهم ترین گام برای درشت کردن ذرات، حذف دافعه الکتریکی و یا خنثی کردن آن است که منجر به برخورد ذرات به یکدیگر و تشکیل نیروی جاذبه می شود، که در واقع در این حالت ذرات ناپایدار می شوند و فرآیند انعقاد رخ می دهد. ذرات کوچک با ایجاد رسوب به طور موثری حذف نمی شوند؛ زیرا آنها به آرامی حل می شوند و ممکن است از طریق فیلتر عبور کنند. اما به علت داشتن بار منفی یکدیگر را دفع می کنند (مثل دو قطب شمالی یک آهنربا). در انعقاد، ما یک ماده شیمیایی مانند آلوم را اضافه می کنیم که بارهای مثبت را برای خنثی کردن بارهای منفی روی ذرات ایجاد می کند. سپس ذرات می توانند به هم بچسبند، ذرات بزرگتر را تشکیل دهند که راحت تر حذف شوند. پروسه انعقاد شامل افزودن شیمیایی (به عنوان مثال آلوم) و سپس مخلوط کردن سریع برای حل کردن مواد شیمیایی و توزیع آن به طور مساوی در سراسر آب است.

انعقاد یک روش شیمیایی تصفیه آب است که معمولا قبل از رسوب گذاری و فیلتراسیون (به عنوان مثال فیلتراسیون شن و ماسه سریع) مورد استفاده قرار می گیرد تا توانایی یک فرایند تصفیه برای حذف ذرات را افزایش دهد و فرایندی است که برای خنثی کردن بار استفاده می شود و ذرات را با ایجاد پل به دام انداخته تا به صورت یک توده بزرگ شوند و در فیلتراسیون به دام بیفتند. هنگامی که بار خنثی می شود، ذرات کوچک معلق قادر به چسبیدن به هم می شوند. ذرات کوچکتر تشکیل شده هنوز هم آنقدر کوچک هستند که برای چشم غیر مسلح قابل مشاهده نمی باشند. انعقاد در چندین روش متفاوت است. منعقد کننده ها مولکول هایی نسبتا کوچک هستند که سطوح ذرات را تغییر می دهند، تضعیف نیروهای منفذ اجازه می دهد تا ذرات به هم بچسبند. در حالی که فولکولانت ها به طور کلی مولکول هایی به اندازه کافی بزرگ هستند که لایه های مرزی بین ذرات را پل می کنند. به علت این که فولکولانت ها سطح ذره را تغییر می دهند، منعقد کننده ها می توانند به شکل ساختاری شبیه به اسپری کننده ها باشند و در شرایط مختلف شبیه پخش کننده ها عمل کنند. منعقد کننده های پلی اتر یک رابطه "قفل و کلیدی" با سطح سیلیس کلوئیدی دارند که توسط پلیمریزاسیون اسید سیلییک تشکیل شده اند. آنها اثربخشی محدودی نسبت به دیگر مواد دارند. انعقاد فرایندی تعادلی با فولکولاسیون است.
مکانیسم انعقاد سازی
مکانیسم فرآیند انعقاد سازی بر دو پایه است:
برخورد ذرات: در واقع برخورد بین ذرات ناشی از نوع حرکت آن ها است که می تواند در اثر جنبش گرمایی، هم زدن مکانیکی و ته نشینی دیفرانسیلی صورت گیرد.
نیروی جاذبه بین ذرات: در اثر حرکت ذرات، مولکول های با بار مخالف به هم جذب می شوند و می چسبند تا ساختار ناپایدار شود. این نیروی جاذبه ناشی از نیروی واندروالسی بوده که تحت تاثیر فاصله بین دو ذره هستند.

عوامل موثر بر انعقاد سازی

عوامل مختلفی بر انعقاد سازی هر ماده موثر است که شامل موارد زیر می باشد:

• pH محیط
• قلیایت آب مورد نظر
• غلظت کل مواد معلق در آب (کدریت)
• TDS
• دما
• مواد آلی موجود در آب

به جز مواد آلی موجود در آب، افزایش هر پارامتر باعث افزایش انعقاد سازی و راحت تر انجام شدن فرآیند لخته گذاری می شود. اگر مواد آلی موجود در آب زیا شوند، از فرآیند انعقاد جلوگیری کرده و باعث کوتاه تر شدن محدوده ی pH می شوند.

انواع منعقد کننده ها

منعقد کننده ها به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

• منعقد کننده آلی
• منعقد کننده معدنی

منعقد کننده های معدنی و آلی یا ترکیبی از جفتشون به طور معمول برای تصفیه آب و حذف مواد جامد معلق استفاده می شوند. هنگامیکه یک ماده منعقد کننده معدنی به آب حاوی سوسپانسیون کلوئیدی افزوده می شود، یون فلزی کاتیونی از منعقد کننده با لایه بار الکتریکی منفی کلوئیدها، بار را خنثی می کند. به همین ترتیب با یک منعقد کننده معدنی نیز اتفاق می افتد. به جز بار مثبت، اغلب از یک گروه آمین (NH4+) متصل به مولکول منعقد کننده تشکیل شده اند. نمونه هایی از رفتار شیمیایی منعقد کننده ها شامل نمک های آلومینیوم، نمک های آهن و پلی الکترولیت ها هستند.

منعقد کننده های آلی

در منابع آب معین، منعقد کننده های آلی برای جداسازی جامدات مناسب هستند. به طور کلی، هنگامی که ترکیب لجن مورد استفاده قرار می گیرد، منعقد کننده های آلی استفاده می شوند. فرمولاسیون رفتار شیمیایی بر اساس زیر است:

پلی آمین: پلی آمین ها به طور گسترده ای از منعقد کننده های آلی استفاده می کنند. این نوع از منعقد کننده ها به تنهایی با خنثی کردن بار عمل می کنند و عمدتا به طور موثری آب خام را در نظر می گیرند. همچنین در تصفیه بسیاری از انواع فاضلاب موثرند.
ملامین و فرمالدهید و تانن ها: این پلیمرهای جامد به طور مشابه با منعقد کننده های معدنی عمل می کنند، زیرا منعقد کننده نه تنها ماده کلوئیدی در آب، بلکه خودش را در معرض رسوب قرار می دهد. این رسوب ها به راحتی مواد آلی مانند روغن و گریس را جذب می کنند و معمولا به غلظت رطوبت کم منجر می شوند. انتخاب این منعقد کننده به ویژه برای عملیات واحد که باعث تولید لجن های خطرناک مانند واحدهای DGF و IGF در پالایشگاه نفت می شود، مناسب است.

منعقد کننده معدنی

منعقد کننده های معدنی مقرون به صرفه و قابل اجرا برای طیف گسترده ای از آب و فاضلاب هستند. این منعقد کننده ها در آب خالص با کمبود کربوهیدرات، موثر هستند و اغلب این نوع آب را تصفیه می کنند، (به ویژه زمانی که منعقد کننده های آلی نمی توانند.) هنگامی که به آب اضافه می شوند، منعقد کننده های معدنی با قلیاها و هیدرات ها واکنش می دهند تا رسوبات هیدروکسیدهای فلزی (آلومینیوم یا آهن) را تشکیل دهند. اگرچه هیدروکسید فلزی در فرآیند تمیز کردن آب مفید است، اما این رسوبات وقتی به حجم کل لجن اضافه می شوند، باید آب را تصفیه و لجن را حذف کنند و همچنین سبب کاهش تراکم کلی و آبگیری لجن در مقایسه با رسوبات منعقد کننده های آلی می شوند.

آلومینیوم سولفات (آلوم): آلوم به طور متوسط خطرناک و با اثرات بهداشتی مشابه و ویژگی های خوردگی مانند اسید سولفوریک رقیق است. آلوم به صورت مایع تولید می شود و فرم بلوری از مایع خشک می شود. آلوم یکی از رایج ترین مواد شیمیایی تصفیه آب در جهان است.
آلومینیوم کلرید: به طور کلی، کلرید آلومینیوم مشابه آلوم عمل می کند و معمولا انتخاب دوم برای آلوم است. رفتار شیمیایی این ماده به عنوان یک مایع است.
پلی آلومینیوم کلراید (PACL) و آلومینیوم کلروهیدرات (ACH): رفتار شیمیایی مجموعه ای از ترکیبات مختلف ACH و PACL را بر پایه و اساس آب موجود در خود طراحی کرده است.
فریک سولفات و فروسولفات: کار منعقد کننده های آهن مشابه آلومینیوم است. فریک سولفات بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد اما فروسولفات معمولا در برنامه های کاربردی مورد استفاده قرار می گیرند که درآن یک عامل کاهش دهنده یا یون های محلول در آهن مورد نیاز است.
فریک کلراید: به طور کلی فریک کلراید ارزان ترین منعقد کننده معدنی است، زیرا به عنوان ماده زائد ازعملیات تولید فولاد، تهیه می شود. با این حال، خطرناک ترین منعقد کننده معدنی است و استفاده از آن محدود به تجهیزات مجهز است که به راحتی کنترل می شوند.
مکانیسم کار منعقد کننده ها
هنگامیکه یک ماده ی منعقد کننده به آب اضافه می شود، مقداری از آن برای تعدیل پتانسیل الکتریکی ذرات و مقدار دیگر با قلیایت آب ترکیب می گردد. (اگر قلیایت آب برای ترکیب با اسید تولیدی، کافی نباشد به آب مواد قلیایی می افزایند.)

کاربرد منعقد کننده یا کوآگولانت

• روشن شدن آب خام
• روشن شدن آب خام
• تصفیه فاضلاب
• درمان آب آشامیدنی
• تولید کاغذ
• پاک کردن رنگ
• معدن
• آبیاری لجن یا جامدات
• جداسازی و بازیافت نفت
• سیستم کنترل تزریق منعقد کننده در تصفیه آب

با افزایش تقاضا برای تامین کیفیت آب شرب، مدیریت کیفیت آب در کارخانجات تصفیه، نسبت به قبل برای تامین آب آشامیدنی و با کیفیت، مطلوب تر است. در چنین شرایطی، یک سیستم کنترل بازخورد برای تزریق منعقد کننده مجهز به جریان سنج، ایجاد شده است.

قاعده ی سیستم های تزریق کنترل کننده، روی کنترل بازخورد پایه بر اساس آلودگی آب تصفیه نشده در مقابل منحنی سرعت تزریق منعقد کننده از سوابق تزریق گذشته مشتق شده است. با این حال، سیستم های معمولی قادر به پاسخگویی نوسانات سریع در کیفیت آب خام نیستند و تمایل به تزریق بیش از حد منعقد کننده برای لخته سازی دارند. برای مقابله با این مسئله، سیستم کنترل تزریق منعقد کننده همراه کنترل خوراک با کنترل بازخورد با استفاده از جریان که با شرایط انعقادی ارتباط دارد، ترکیب می شود. این سیستم کنترل، تزریق را کاهش می دهد، بنابراین میزان تزریق انعقادی نیز کاهش می یابد.

بهبود کنترل تزریق منعقد کننده و کاهش تزریق بیش از حد باعث کاهش مصرف منعقد کننده می شود.
این سیستم عملیات کارخانه (تزریق منعقد کننده) را بدون استفاده از تجربه اپراتورها ممکن می سازد.
این سیستم را می توان برای هر دو مورد با استفاده از سولفات آلومینیوم و PAC استفاده کرد.
استفاده از کنترل بازخورد باعث صرفه جویی در کار برای تست جار و کاهش حجم کار اپراتورها می شود.