ماده منعقد کننده

جدا شدن ذرات ریز و کلوئیدی به زمان طولانی نیاز دارد بنابراین از مواد منعقد کننده شیمیایی برای بزرگ کردن ذرات و کاهش زمان ته نشینی استفاده می کنند. وقتی ماده منعقد کننده به آب اضافه می گردد مقداری از آن صرف تعدیل پتانسیل الکتریکی ذرات می شود و مقداری هم با قلیائیت آب ترکیب می گردند. به عنوان مثال هنگام اضافه کردن آلوم به آب، آلومینیوم هیدروکسید تولید می شود که ضمن ته نشینی، ذرات معلق محیط را هم حذف می کند.

Al2(SO4)3 + 6H2O→2Al(OH)3↓ + 3H2SO4

اسید تولیدی در واکنش فوق با قلیائیت آب واکنش داده و گاز کربنیک تولید می کند. این گاز در فرایند انعقاد ایجاد مزاحمت می کند و باعث شناوری آنها می شود و در نتیجه کنترل pH  برای جلوگیری از تولید CO2  و انجام بهتر فرایند انعقاد لازم است. مواد منعقد کننده مورد استفاده را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

• کاتیون هایی مثل یون های آهن و آلومینیوم که جذب سطح ذرات می شوند.
• مواد آلی محلول در آب که موجب تولید کاتیون در محلول می شوند و بیشتر آنها از مواد پلیمری هستند.

ویژگی های منعقد کننده ها

مواد منعقد کننده باید دارای ویژگی های زیر باشند:

• قدرت انعقاد زیاد
• ایجاد نکردن مسمومیت در آب.
• مقرون به صرفه بودن.

یکی از مزایای مواد منعقد کننده معدنی کمک به جذب فسفات ها به طور موثر است. فسفات ها در تصفیه بیولوژیکی و در برابر فعل و انفعالات بیولوژیکی مقاوم هستند.

بیشتر منعقد کننده های معدنی ترکیبات آهن و آلومینیوم هستند و به علت خاصیت اسیدی،pH  آب را کاهش می دهند. pH آب در بار سطحی ذرات و راسب شدن لخته ها تاثیر دارد، لازم است pH آب با کمک موادی مثل آب آهک یا سود تنظیم گردد.

استفاده از نمک های فلزات بر اساس خنثی شدن بار الکتریکی کلوئیدی به دلیل تولید حجم زیاد لجن در اثر کاربرد منعقد کننده های معدنی از مواد کمک منعقد کننده با توجه به مسائل اقتصادی و بازده عمل، استفاده می شود و به دلیل اهمیت موضوع، تعدادی از مواد منعقد کننده معدنی در زیر شرح داده می شوند.

چند نمونه از مواد منعقد کننده معدنی

الف) آلومینیوم سولفات یا زاج سفید (Al2(SO4)3.18H2O)

این ماده با نام آلوم نیز شناخته می شود و بیشتر از مواد دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده در محدوده pH 5.5 الی 7.5 دارای عملکرد بهینه می باشد. آلومینیوم سولفات با مواد قلیایی موجود در آب تولید آلومینیوم هیدروکسید می کند که خود هسته مرکزی تجمع ذرات است و سبب تولید ذرات درشت تر می شود. در صورت کم بودن قلیائیت آب معمولا از آهک یا سدیم کربنات استفاده می گردد. لازم است این عمل پیش از اضافه کردن آلوم به آب انجام گیرد. واکنش هایی که آلوم با آهک یا سدیم کربنات و یا مواد قلیایی آب می دهد به صورت زیر است:

واکنش با آهک:

Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Al(OH)2 + 3CaSO4

واکنش با سدیم کربنات:

Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2

واکنش با کلسیم بی کربنات:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Al(OH)3 + 3CaSO4 +6CO2

استفاده از آلوم، سبب بالا بردن سختی آب و تولید گاز کربنیک می شود که عامل خورنده است. در ضمن اگر املاح سدیم و پتاسیم در آب زیاد باشد مواد کلوئیدی به صورت رسوبات ریز تشکیل می شوند.

طبق مطالعاتی که در سال های اخیر انجام شده آلومینیوم می تواند در ایجاد بیماری آلزایمر که سبب فراموشی در افراد می شود، موثر باشد. به همین دلیل در برخی مقاله ها به کار بردن ترکیبات آلومینیوم در تصفیه آب در سال های اخیر خطرناک اعلام شده است. ولی به این موضوع در استانداردهای آب آشامیدنی اشاره ای نشده است.

برای موثر بودن عملکرد آلوم و تنظیم pH باید مقادیر اضافه شده آلوم و مواد قلیایی مناسب باشد. به طور معمول برای اضافه نمودن هر میلی گرم آلوم 0.5 میلی گرم سدیم کربنات، 0.7 میلی گرم آهک و 0.54 میلی گرم کلسیم کربنات برای هر لیتر آب، مناسب است.

ب) سدیم آلومینات (Na2Al2O4)

این ماده آلومینیوم اکسیدی است که توسط سود سوز آور پایدار شده است و ترکیب صنعتی آن دارای چند درصد هیدروکسید اضافی می باشد. استفاده از سدیم آلومینات نیازی به قلیائیت اضافی ندارد. استفاده توام آن با آلومینیوم سولفات هم گزارش شده است. این ماده علاوه بر انعقاد ذرات، در سبک کردن آب نیز موثر است.

واکنش سدیم آلومینات در آب به صورت زیر است:

NaAlO2 + Ca(HCO3)2 + H2O → Al(OH)3↓ + CaCO3↓ + NaHCO3

پ) منعقد کننده های آهن

ویژگی این ترکیبات ایجاد توده های بزرگ تر نسبت به توده های تولید شده با املاح آلومینیوم است. ترکیبات آهن دار در درجه حرارت های پایین بهتر عمل می کنند و در انجام این فرایند مصرف آهک نیز ضروری است. منعقد کننده های آهن شامل ترکیبات فرو و ترکیبات فریک می باشند.

- فروسولفات یا زاج سبز (FeSO4.7H2O): در استفاده از این ماده مثل مواد منعقد کننده قبلی به آهک نیاز است، زیرا قلیائیت اکثر آب ها برای واکنش با فروسولفات و تولید توده فریک هیدروکسید کافی نیست و pH مناسب برای فرایند در محدوده 8.5 الی 11 باشد. فروسولفات در ابتدا با آهک تولید فروهیدروکسید می کند و سپس توسط اکسیژن محلول در آب اکسیده شده و به فریک هیدروکسید تبدیل می گردد. لذا حضور مقداری اکسیژن در آب برای این واکنش ضروری است که در حد 0.03 میلی گرم اکسیژن برای هر میلی گرم فروسولفات در هر لیتر آب می باشد.

- فریک سولفات (Fe2(SO4)3.7H2O): این ترکیب دارای خاصیت خورندگی می باشد.

ترکیبات فریک نسبت به مواد منعقد کننده دیگر مزایای زیر را دارا می باشند:

• عملکرد در محدوده وسیعی از pH (از 4 الی 11)
• حذف طعم، بو و رنگ
• عملکرد سریع تر در ته نشینی، در مقایسه با آلوم به علت سنگین تر بودن توده های تولیدی از هیدروکسید فریک
• حذف منگنز در  pH=9
• حذف هیدروژن سولفاید

فریک سولفات می تواند بدون آهک هم به کار رود و از نظر اقتصادی با صرفه تر از مواد دیگر است.

واکنش های فریک سولفات با مواد قلیایی آب به صورت زیر است:

Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4↓ + 6CO2

Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4↓

فریک هیدرات تولید شده در واکنش های بالا هسته اصلی تشکیل لخته های کلوئیدی می باشد. مخلوط فریک کلرید سولفات، که از اکسیداسیون فروسولفات توسط کلر، به دست می آید یک نوع منعقد کننده فریکی می باشد که در محدوده pH=4 الی 11 عمل می کند.

6FeSO4 + 3Cl2 +9Ca(HCO3)2 → 6Fe(OH)3 + 6CaSO4 + 3CaCl2 +18CO2

فریک کلرید (FeCl3.6H2O): این ماده دارای خاصیت خورندگی است و به دلیل فاسد شدن در برابر هوا و رطوبت، نگهداری آن دشوار است.

واکنش هایی که این ماده با کلسیم بی کربنات و کلسیم هیدروکسید می دهد به صورت زیر است:

2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3 + 3CaCl2 + 6CO2

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 + 3CaCl2

با وجود محدودیتی که برای این ماده مطرح است ولی به علت مزایای آن در اغلب موارد، استفاده از آن بر آلوم ترجیح داده می شود. این مزایا عبارتند از:

• قدرت ایجاد لخته های بزرگ تر و سنگین تر
• کارایی در آب های سرد
• عملکرد در محدوده مناسب pH (محدوده pH آب های آشامیدنی بین 5 الی 7.5)
• قیمت مناسب
• مقدار کمتر ماده مورد نیاز در مقایسه با دیگر منعقد کننده ها به دلیل انعقاد سازی زیاد

با توجه به اینکه آلومینیوم در آب ها خطر بیماری زایی را دارا می باشد، مصرف فریک کلرید ترجیح داده می شود. البته فریک کلرید در آب هایی که دی اکسید کربن زیادی دارند باعث تاخیر در ته نشینی می شود و نیز در آب هایی که مواد آلی زیاد دارند تولید کمپلکس محلول رنگی آهن می کند که هر دو مشکل با افزودن کلر قبل یا هم زمان با کلراید آهنIII  حل می شود.

ت) منیزیم اکسید (MgO)

منیزیم اکسید فعال برای خارج کردن سیلیس محلول در آب، کارایی بالایی دارد. این ماده در pH حدود 9.5 و بالاتر عمل می کند و در واحدهای سبک کننده آهک - سودا مورد استفاده قرار می گیرد. مقدار ماده منعقد کننده اضافه شده به آب، بستگی به دما و pH محیط دارد. هرچه ذرات درشت تر باشند مقدار مصرفی این ماده کمتر است. منیزیم اکسید معمولا برای آب های با رنگ و کدورت زیاد به کار می رود اما اگر یون منیزیم موجود در آب به اندازه کافی باشد در آن صورت لازم است فقط آهک به آب اضافه شود تا رسوب ژله مانند Mg(OH)2 تشکیل گردد این رسوب در هنگام پایین آمدن ذرات معلق را به خود جذب نموده و از محیط خارج می کند.