دانلود مقاله انعقاد و لخته سازی

مقدمه : آب های سطحی عموما محتوای انواع مختلفی از ناخالصی های کالوئیدی هستندکه باعث کدورت و تاحدودی رنگ می شوند.

برای حذف کلوئیدها باید ذرات مجرای کلوئید با هم مجتمع و از نظر اندازه بزرگ شوند.

برای این کار می توان از مواد شیمیایی استفاده کرد.

این مواد نیروهایی را که موجب پایداری ذرات کلوئیدی می شوند خنثی می کنند.

به فرآیند ناپایدار سازی ذرات کلوئیدی انعقاد شیمیایی می گویند.

سپس به ذرات ناپایدار شده درحالی که به آرامی به هم زده می شود زمان داده می شود تا لخته ها ایجاد شوندکه به این عمل فلوکولاسیون می گویند.

سرانجام آب از حوضچه ته نشینی رد می شود و در آنجا مواد جامد لخته شده به وسیله ته نشینی حذف می شوند انعقاد علمی است که طی آن با خنثی سازی بار ذرات آنها را به حالت ناپایدار و فاقد بار کرده و مانع دفع ذرات شده در نتیجه ذرات درکنارهم مجتمع می شوند.

- لخته شدن (Flocculation ) : لخته شدن ذرات مرحله ای است که طی آن ذرات ناپایدار به یکدیگر متصل شده و لخته ایجاد می نماید.

- ته نشین سازی (Sedaimentation ) : مرحله ای است که مواد معلق لخته شده ته نشین می شود.

درسالهای اخیر روش های ته نشین مداوم برپایه روش های بالا متداول گردیده و به منظور بالا بردن راندمان شفاف سازی آب به آن مواد شیمیایی یا پلمیری به عنوان مواد منعقد کننده اضافه می کنند.

کلاویفایر ( Clarifier ): معمولا 4 عمل بطور همزمان در دستگاه کلاویفایر صورت می گیرد: 1 .

منعقد کردن مواد معلق کلوئیدی 2 .

لخته کردن مواد منعقد شده 3 .

ته نشینی لخته تشکیل شده 4 .

سرازیر شدن آب از حوضچه ته نشینی فصل دوم تحقیقات و آزمایشات : مهمترین عوامل مؤثر درکارایی فرآیند انعقاد عبارتند از : pH ، یون های موجود در محلول آبی ( قدرت یونی آب )، غلظت مواد هیومیک، دمای آب و نوع منعقد کننده.

یکی از جدیدترین مواد منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید با علامت اختصاری PACI می باشد.

پلی آلومینیوم کلراید با فرمول [ O Z 2 – x Clx YH 6 (OH)2 AL] به نوعی از منعقدکننده ها گفته می شودکه قدرت و سرعت بالایی در جداسازی و استخراج ناخالصی های آب دارندکه دراثر خنثی شدن کلراید آلومینیوم با برخی از محلول های بازی در دو نوع با سولفات و بدون سولفات تهیه می شود.

تفاوت آن با سولفات آلومینیوم به دلیل نوع ساختار آلومینیوم درهرکدام از این نمک هاست.

در سولفات آلومینیوم یون های Al 3+ موجود می باشند.

مشخصه PACL این است که درکنار کلراید و سولفات بخشی از آن نیز شامل یون های هیدروکسید می باشد.

این یون های هیدروکسید باعث ایجاد مجموعه های کوچک پلیمری از AL در PACL می شوند.

بخش اصلی در PACL را در مجموعه AL 137 + تشکیل می دهد.

به دلیل تناسب مناسب تر بار الکتریکی به شعاع، این گونه ساختارهای پلیمری تأثیر بهتری بر بی ثباتی کلوئیدها دارند تا مولکول های منفرد AL 3 + 3 و 4 .

درخصوص مزایای PACL بعنوان منعقد کننده ، موارد متعددی ذکر شده است که می توان گفت مهمترین این امتیازها قابلیت استفاده از دامنه های بسیار وسیع تری ازکدورت و دمای آب می باشد.

امروزه PACL درتصفیه خانه های کشورهای پیشرفته جهان همانند ژاپن، آمریکا، کانادا، چین، فرانسه، انگلستان، آلمان و ایتالیا به دلیل عملکرد بهتر و بهداشتی بودن جایگزین سولفات آلومینیوم وکلرور آهن شده است.

دراین مطالعه نیز برای بهبودکیفیت آب رودخانه های بهمن شیر و اروندکه دو منبع اصلی تأمین آب درآبادان می باشند از ماده منعقدکننده PACL استفاده شده است.

مواد و روش ها : دراین تحقیق کاربرد پلی آلومینیوم کلراید درتصفیه آب آبادان از نظر انتخاب دوز بهینه و شرایط بهینه عملکرد آن مورد بررسی قرارگرفت.

مراحل اساسی این تحقیق در بخش های مختلف به شرح ذیل انجام شده است: - آزمایشات در فصل تابستان انجام شد، محل نمونه برداری رودخانه های اروند و بهمن شیر بود.

نمونه ها جمع آوری و به آزمایشگاه شیمی آب و فاضلاب دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران ارسال گردید.

برای نمونه های ارسالی آزمایشات معمول کیفیت آب خام و COD انجام گرفت.

- کدورت نمونه های ارسالی سنجیده شد و هرنمونه دریک محدوده کدورت قرارگرفت.

- آزمایش جار ( انعقاد، لخته سازی و ته نشینی) باتوجه به غلظت های مختلف مواد معلق و تزریق مقادیر مختلف ماده منعقد کننده PACL درهریک از محدوده های کدورت انجام گردید.

- با بررسی کدورت ها و مشاهده فلوک ها ، دوز بهینه ماده منعقدکننده مشخص گردید.

- نمونه ای که مقدار مصرف ماده منعقدکننده آن بهینه بود، انتخاب و بر روی آن آزمایش های COD‌ و AL و حجم لجن انجام شد.

- بعد از تعیین مقدار بهینه ، باید بهترین محدوده pH هم مورد بررسی قرارگیرد.

pH نمونه ها را بین 4- 9 تنظیم کرده و آزمایش جار با تزریق مقدار بهینه مجددا انجام شد و بهترین محدوده pH تعیین گردید.

سپس نمونه بهینه از نظر آزمایش AL‌ و COD و حجم لجن مورد بررسی قرارگرفت.

- درمرحله بعد نمونه های هر رودخانه بطورجداگانه توسط همزن مخلوط و یک کدورت همگن حاصل و آزمایش جار بر روی آن انجام گردید.

- به دلیل اینکه در روزهای بارانی کدورت آب خام در این رودخانه ها می تواند تاحدود 800 الی 900 واحد نفلومتری افزایش یابد، به نمونه ها بصورت دستی کدورت افزوده شد تا مقدار دوز بهینه ماده منعقد کننده بررسی گردد.

برای افزایش کدورت از خاک رسی که از الک شماره μ 120 عبورکرده بود استفاده شد و بعد نمونه ها توسط همزن مخلوط گردیده و درکدورت های 250 ، 500 و 750 واحد نظری ، آزمایش جار بر روی آنها انجام شد.

سپس اندازه گیری حجم لجن و آزمایشات AL‌ و COD انجام شد.

از آنجا که آزاد سازی و یا مازاد آلومینیوم پس از فرایند انعقاد با PACL محتمل به نظر می رسید توجه به غلظت آلومینیوم در آب خام و آب تصفیه شده در مراحل مختلف کاملا ضروری بود.

نتایج : محدوده های کدورت برای رودخانه اروند ( 20 ، 30 و 40 واحد کدورت ) و برای رودخانه بهمن شیر ( 100 ، 40 ، 60 و 150 واحد کدورت ) تعیین گردید.

راندمان حذف کدورت در آزمایش جار این نمونه ها در حدود 98- 90 % حاصل شد.

جداول 1 و 2 نتایج آزمایش جار بر روی نمونه مخلوط شده رودخانه های مذکور را نشان می دهد.

درمرحله بعدکدورت بطور دستی افزوده شد و قدرت عمل PACL بررسی گردید.

جداول 3 و 4 این مطلب را نشان می دهد.

در نمودار 1 آلومینیوم باقیمانده پس از آزمایش جار در نمونه های رودخانه اروند را نشان داده شده است.

(جداول و نمودار در فایل اصلی موجود است) بحث و نتیجه گیری : آزمایشات انجام شده بر روی پلی آلومینیوم کلراید نشان می دهدکه چون اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD ) آن صفر می باشد، مصرف این ماده بعنوان منعقدکننده در فرآیند تصفیه آب نمی تواند هیچ مقدار ماده آلی به آب اضافه کند.

درخصوص مقایسه پارامتر های آب رودخانه های بهمن شیر و اروند رود، مقادیرکدورت و مواد معلق در رودخانه اروند رود پایین تر از رودخانه بهمن شیر می باشد و چنانچه بتوان آب بیشتری از رودخانه اروند رود جهت انتقال به تصفیه خانه آب برداشت نمود، مناسبتر می باشد.

درخصوص مقایسه پارامترهای آب رودخانه های بهمن شیر و اروند رود، مقادیرکدورت و مواد معلق در رودخانه اروند رود پایین تر از رودخانه بهمن شیر می باشد و چنانچه بتوان آب بیشتری از رودخانه اروند رود جهت انتقال به تصفیه خانه آب برداشت نمود، مناسبتر می باشد.

به لحاظ پارامترهای هدایت الکتریکی و باقیمانده خشک، تفاوت خاصی بین این دو رودخانه وجود ندارد.

مقدار سختی کامل دراین دو رودخانه تقریبا یکسان و در محدوده آب های سخت می باشد.

به دلیل ورود پساب های صنعتی، کشاورزی و غیرکشاورزی (ناشی از اجرای طرح های توسعه کشاورزی و پرورش ماهی و میگو ) و فاضلاب شهری به رودخانه کارون، کاهش نزولات جوی و افزایش مصرف آب در سالهای اخیر، مشکل عمده آب این رودخانه ها افزایش کلرور و شوری می باشد.

باتوجه به سایر پارامترهای کیفی آب خام در این دو رودخانه، فرآیندهای تصفیه متداول شامل : آشغالگیر، ته نشینی اولیه ، انعقاد ، لخته سازی ، ته نشینی ثانویه ، صاف سازی و کلرزنی برای تصفیه آب و رسیدن به استانداردهای آب شرب مناسب است.

اما باتوجه به بالا بودن کدورت و مواد معلق، لازم است فرآیند انعقاد و لخته سازی بطورکامل و دقیق اجرا گردد.

آزمایشات جارآب خام رودخانه های بهمن شیر و اروند رود نشان می دهدکه راندمان حذف کدورت خوب بوده ( 98- 90 % ) و غلظت ماده منعقد کننده کم است که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است اما مقدار آلومینیوم باقیمانده ( mg / l‌ 43 /0- 39 /0 ) بالاتر از حد استاندارد Al ( mg / l 2 /0 ) درآب می باشد.

به دلیل اینکه آب خام این دو رودخانه فاقد آلومینیوم است بنابراین وجود آلومینیوم پس از فرآیند تصفیه ناشی از کاربرد PACL است.

با توجه به جداول 3 و 4 بالاتر بودن راندمان حذف کدورت در این آزمایشات به علت اضافه کردن خاک رس و افزایش مواد معلق بوده است.

مواد معلق می توانند فرآیند ته نشینی را بهبود بخشند.

غلظت آلومینیوم باقیمانده پس از جارتست از مقدار استاندارد بسیار پایین تر می باشد.

علت آن، اضافه کردن خاک رس به آب بوده است که بعنوان کمک به منعقدکننده عمل کرده و جاذب آلومینیوم از آب است نمودار 1 .

آلومینیوم باقیمانده پس از آزمایش جار در نمونه های آب رودخانه بهمن شیر با افزایش کدورت Turbidity ( NTU ) استفاده از پلی آلومینیوم کلراید در این مطالعه نه تنها مقدار COD را افزایش نداده، بلکه مقدار آن را کاهش داده است.

باتوجه به اینکه غلظت پلی آلومینیوم کلراید مصرفی نسبت به سایر منعقدکننده ها به ازای هر مترمکعب آب با کدورت یکسان، بسیارکمتر می باشد.

حجم لجن تولید شده به مراتب کمتر خواهد بود.

در ضمن زمان ته نشینی لخته های تولید شده با ماده PACL نسبت به سایرمواد منعقد کننده کمتر می باشد و این خود می تواند درکاهش حجم و هزینه تأسیسات اثر مثبت داشته باشد.

در نهایت باتوجه به اینکه غلظت های کمتری از پلی آلومینیوم کلراید نسبت به سایرمواد منعقدکننده استفاده می شود، به نظرمی رسدکه هزینه مواد منعقدکننده مصرفی به ازای هر مترمکعب آب تصفیه شده کاهش یابد.

دستیابی به تکنیک پیشرفته حذف کدورت از آب و فاضلاب : پژوهشگران به تکنیک کاربرد پلیمرهای معدنی آلومینیوم درحذف کدورت از آب و فاضلاب دست یافتند.

بررسی تأثیرگذاری عملی پلی کاتیون آلومینیوم درحذف کدورت موجود درآب و فاضلاب شده است.

در فرآیند انعقاد در تصفیه آب و فاضلاب مواد منعقدکننده ای مورد استفاده قرارمی گیرندکه اغلب از نمک های فلزی به خصوص آهن و آلومینیوم بوده و با مکانیسم خاصی باعث حذف ذرات کلوئیدی از آب می شوند.

منعقد کننده هایی که بیشترین کاربرد را در تصفیه خانه های آب کشور دارند، سولفات آلومینیوم ( آلوم ) و کلرید فریک است ؛ این درحالی است که درکشورهایی نظیر: کانادا، ایتالیا، آمریکا، چین فرانسه و انگلستان ماده ای جایگزین آن شده که به تازگی در ایران در PACL نام « پلی آلومینیوم کلراید» ( تصفیه خانه بابا شیخ علی اصفهان نیز تلاش هایی درجهت استفاده از آن آغاز شده است ).

در این راستا با هدف بررسی و مقایسه عملکرد ماده با کلرید فریک و آلوم، مطالعاتی بر روی آب با کدورت PACL منعقد کننده مصنوعی کائولین به عنوان پارامترکدرکننده آب آشامیدنی با استفاده از ماده انجام شده است.

این مطالعات منجر به آشکار سازی روند ته نشینی لخته ها توسط هریک از منعقدکننده های مذکور شد و نیز نشان از سرعت بالای ته نشینی لخته ها با منعقدکننده پلیمری آلومینیوم در مقایسه با سایر منعقدکننده های مورد بررسی داشت.

درحذف کدورت PACL همچنین این بررسی ها حاکی از بازدهی بالای کائولین و کدورت طبیعی از آب بوده و نشان دادکه تغییرات شرایط دمایی درحذف کدورت کمترین تأثیر نامطلوب را دارا می باشد.

بررسی عملکرد توأم منعقد و مدلسازی ریاضی روند حذف کدورت و PACL کننده های کلرید فریک و مواد منعقدکننده مذکور براساس نتایج آزمایشگاهی حاصله از دیگر فعالیت های انجام شده درقالب پژوهش بوده است.

مشاهداتی که درخصوص ارتباط آلوم با آلزایمر وجود داشته و لزوم توجه به سلامت بهینه مردم، ضرورت حرکت به سوی غیرPACL استفاده از موادی با کارآیی تصفیه کنندگی مرغوب تر از قبیل قابل انکار است.

صاف کردن و زدودن املاح معدنی: سختی در بسیاری از منابع آبی خصوصا آب های زمینی با سطوح منیزیم و منبع کلسیم بسیار رایج می باشد.

سختی بیش از اندازه می تواند نتیجه درمقیاس گذاری لوله کشی ها دیگ های بخار، سیستم های آب گرم داشته باشد و این عامل سبب انسداد می شود