مهندسی عمران ایران
مطالب عمومی مهندسی عمران معماری شهرسازیمهندسی عمران ایران
مطالب عمومی مهندسی عمران معماری شهرسازینعقاد و لخته سازی
یکی از عمده ترین چالشهایی که بشر امروزه با آن
روبه رو است تهیه آب سالم برای عده زیادی از جمعیت جهان است . روشهای متعددی در
سالهای اخیر مورد توجه و بررسی قرار گرفته است که ازآن میان می توان به فرآیند
انعقاد و شناور سازی الکتریکی که به عنوان یک نوآوری قابل توجه درصنعت آب و فاضلاب
مطرح می باشد اشاره کرد . انعقاد الکتریکی عبارت است از تولید مواد منعقد کننده در
محل با استفاده از تجزیه الکتریکی الکترود های آلومینیوم یا آهن .در این روش با
استفاده از جریان الکتریکی و نصب الکترودهای شیمیایی از جنس آلومینیوم ، آهن و ...
که به صورت آند و کاتد عمل می کنند ، ذرات کلوئیدی موجود در محیط آب یا فاضلاب از
طریق تولید بارهای مثبت الکتریکی از لحاظ الکتریکی خنثی شده و در نتیجه تولید Al3+ و Fe3+ و
.... فرآیند لخته سازی فراهم می گردد. فرآیند در صنایع مختلف از قبیل چوب و کاغذ ،
صنایع فلزی ، خودروسازی ، صنایع شیمیایی ، داروسازی و ... در مقیاس واقعی طراحی و
اجرا گردیده و از لحاظ بازده تصفیه و حذف انواع آلاینده های زیست محیطی از بازده
بسیار مطلوبی برخوردار بوده است.
موضوع تصفیه آب موضوع جدیدی نیست و حتی در کتب پزشکی مربوط به چند هزار سال قبل از
میلاد هم توصیه هایی در زمینه جوشانیدن آب و چگونگی نگهداری آن شده است.
مثلاً جوشانیدن آب و نگهداری آن در ظروف نقره ای که برای پادشاهان هخامنشی انجام
می شده د و روش ضد عفونی آب بوده که هنوز هم معمول می باشد.
بر طبق آخرین آمار سازمان بهداشت جهانی تا سال 1992 در هر 24 ساعت ، 13000 کودک
زیر یکسال در دنیا در اثر بیماریهای منتقله از آب تلف می شده اند . که به پاره ای
از آنها باختصار اشاره شد.
بهر حال با توجه به مناب ع آب طبیعی و کیفیت آبهای شرب به این نتیجه می رسیم که
هیچ آبی را نمی توان قبل از تصفیه و اطمینان از سالم بودن آن مصرف کرد.
روشهای مختلفی برای تبدیل آبهای طبیعی یا خام به آبهای سالم و قابل قبول مصرف
کنندگان وجود دارد و روش انتخابی تصفیه بستگی به اختصاصات آ ب خام دارد . جدول ذیل
حاوی خلاصه ای از فرآیندهای معمول تصفیه آب ها می باشد . کلاً در آبهای سطحی بیشتر
از آبهای زیرزمینی در معرض آلودگی ها قرار دارند لذا نیاز به تصفیه بیشتری هم
دارند . بنابراین به استثنای اندازه گیری جریان آب و گندزدایی معمولاً اکثر
فرآیندها ی تصفیه زیر فقط بروی آبهای سطحی انجام می شود . تصفیه آب معمولاً با
بعضی از فرآیند های تصفیه مقدماتی شروع می شود . این تصفیه در خارج از تصفیه خانه
اصلی صورت می گیرد . تا ضمن کاهش ناخالصی ها از فشار برفرآیندهای اصلی تصفیه نیز
کاسته شود.
نگاه کلی
وجود ناخالصیهای معلق و کلوئیدی در آب که باعث ایجاد رنگ و بو و طعم نامطبوع آب می‌شوند،
لزوم تصفیه آب را مطرح می‌کند. این ناخالصیها به کمک صاف کردن ، قابل رفع نیستند،
لذا از روش انعقاد و لخته‌سازی برای حذف آنها استفاده میشود. افزودن یک ماده
منعقد کننده به آب باعث خنثی شدن بار ذرات کلوئیدی شده ، این ذرات با نزدیک شدن به
هم ذرات درشت دانه و وزین‌تری را ایجاد می‌کنند.
برای کامل کردن این عمل و ایجاد لخته‌های بزرگتر از مواد دیگری به نام کمک منعقد
کننده استفاده میشود. لخته‌های بدست آمده که ذرات معلق و کلوئیدی را به همراه
دارند، به حد کافی درشت هستند و به‌راحتی تهنشین و صاف می‌شوند.
مکانیسم انعقاد
معمولا برای حذف مواد کلوئیدی آب و فاضلاب ، از ترکیبات فلزاتی مانند آلومینیوم ،
آهن یا برخی از ترکیبات الکترولیت استفاده میشود. املاح فلزات که به عنوان منعقد
کننده وارد آب میشود، در اثر هیدرولیز به صورت یونی یا هیدروکسید یا هیدروکسیدهای
باردار ، در می‌آید. بوجود آمدن این مولکول باردار بزرگ با خنثی نمودن ذرات
کلوئیدی و کاهش پتانسیل زتا (اختلاف پتانسیل بین فاز پخش شده و محیط اطراف آن) که
عامل اصلی دافعه بین ذرات کلوئیدی می‌باشد، امکان لازم برای عمل نمودن نیروی
واندروالسی بوجود می‌آورند که موجب چسبیدن ذرات به یکدیگر میشود.
بنابراین ، عامل اصلی حذف بار کلوئیدها ، یونهای فلزی نیستند، بلکه محصولات حاصل
از هیدرولیز آنها می‌باشد. با توجه به آزمایشات مختلف ، یونهای فلزات سه ظرفیتی در
عمل انعقاد ، مؤثرتر از سایر یونها می‌باشند. عمل انعقاد توسط عمل لخته‌سازی تکمیل
شده ، ذرات بزرگتر شروع به تهنشینی می‌کنند. در مرحله تهنشینی ، عامل زمان
بسیار مهم می‌باشد و با قطر ذرات رابطه مستقیم دارد.
نواع منعقد کننده‌ها
منعقد کننده‌های آلومینیوم‌دار
سولفات آلومینیوم Al2(SO4)3, n H2O : که نام تجاری‌اش
آلوم یا زاج سفید می‌باشد. با اضافه کردن به آب یا بی‌کربنات کلسیم و آب واکنش
داده ، هیدروکسید آلومینیوم ایجاد می‌کند که هیدروکسید آلومینیوم مرکزی برای تجمع
مواد کلوئیدی ، بدون بار شده ، لخته‌های درشت‌تر ایجاد می‌کند. در صورت ناکافی
بودن قلیائیت محیط برای ایجاد هیدروکسید آلومینیم ، از آب آهک و کربنات سدیم
استفاده میشود. چون +H مانع تشکیل هیدروکسید
آلومینیوم میشود. عیب مهم استفاده از زاج ، ایجاد سختی کلسیم و CO2
(عامل خورندگی) می‌باشد.
آلومینات سدیم Na3AlO3 : این ترکیب هم در اثر
واکنش با بی‌کربنات کلسیم ایجاد هیدروکسید آلومینیوم می‌کند. به علت خاصیت قلیایی
، احتیاج به مصرف باز اضافی ندارد.
منعقد کننده‌های آهن دار
سولفات فرو (FeSO4, 7H2O): با ایجاد هیدروکسید
آهن III ، باعث انعقاد ذرات
کلوئیدی میشود. همراه آهک هیدراته استفاده میشود.
سولفات فریک: می‌تواند همراه یا بدون آهک هیدراته مصرف شود و از لحاظ اقتصادی با
صرفه‌تر از زاج است. مزایتش نسبت به زاج در میدان وسیعی از PH عمل
می‌کند. زمان لازم برای تشکیل لختهها کمتر است و لختهها درشت‌تر و وزین‌تر
هستند. با استفاده از سولفات فریک در PH
حدود 9 ، منگنز موجود در آب حذف میشود و باعث از بین رفتن طعم و بوهای خاص آب میشود.
کلرور فریک (FeCl3, 6H2O): از پر‌مصرف‌ترین
منعقد کننده‌‌هاست و به صورت پودر ، مایع یا متبلور به فروش می‌رسد. در اثر واکنش
با بی‌کربنات کلسیم یا هیدروکسید کلسیم ، ایجاد هیدروکسید آهن III می‌کند
که مرکزی برای تجمع مواد کلوئیدی به شمار می‌رود.
عوامل مؤثر در انعقاد
1-PH و قلیائیت: به علت حذف
+H از محیط ، برای ایجاد هیدروکسیدهای فلزی باید PH
قلیایی باشد. برای تنظیم PH ، اغلب از آب آهک
استفاده میشود، ولی نباید در حدی باشد که باعث افزایش بی‌رویه سختی آب شود.
2-مقدار ذرات معلق: هرچه ذرات معلق بیشتر باشد، مصرف کننده منعقدها هم بالا می‌رود.
3-اثر عوامل فیزیکی: با کاهش دما و نزدیک شدن به صفر ، مشکلات جدی در امر انعقاد
بوجود می‌آید و لخته شدن کاهش می‌یابد. به همین دلیل ، مقدار مصرف منعقد کننده‌ها
در تصفیه خانه‌ها در زمستان بیشتر از تابستان است.
4-مواد منعقد کننده: قدرت انعقاد بالا ، انعقاد کنندگی در گستره PH
وسیع و همچنین مناسب بودن قیمت از خواص یک منعقد کننده خوب می‌باشد. علاوه بر این
می‌توان از کمک منعقد کننده‌ها ، CO2
محلول ، دور همزنهای مورد استفاده در عملیات انعقاد از عوامل مؤثر انعقاد نام برد.
کمک منعقد کننده‌ها
کمک منعقد کننده‌ها با ایجاد پل بین ذرات ریز لخته حاصل از کار منعقد کننده‌ها ،
آنها را به صورت لخته‌های درشت و سنگین در آورده ، عمل تهنشینی را سرعت می‌بخشند.
همچنین محدوده PH بهینه را گسترش داده ،
مقدار مصرف ماده منعقد کننده را کاهش می‌دهند.
چند نمونه از کمک منعقد کننده‌ها مورد استفاده در تصفیه خانه‌ها
کربنات سدیم: با تثبیت PH آب و افزایش یونهای -OH ،
عمل انعقاد را بهبود می‌بخشد، مخصوصا اگر منعقد کننده مورد مصرف زاج باشد.
آهک هیدراته: برای جبران کمبود قلیائیت محیط و از بین بردن CO2 و
کاهش سختی آب استفاده میشود.
گاز کلر: از بین بردن مواد آلی موجود در آب که عامل ممانعت کننده در انعقاد هستند.
پلی الکترولیتها: دارای خواص پلیمر و الکترولیتی بوده ، می‌توانند اندازه لختهها
را درشت‌تر نمایند. از دیگر موارد مورد استفاده ، سیلیس فعال یا سدیم سیلیکات و
بنتونیت (عامل پلاستیسیته کردن سرامیک) می‌باشد.
آزمایش جار
برای تعیین میزان ماده منعقد کننده لازم و همچنین PH
بهینه برای عمل انعقاد ، از آزمایش جار استفاده میشود. دستگاه جار از 6 بشر تهیه
شده است که از نمونه مورد نظر بطور مساوی در تمام بشرها ریخته ، PH را
به ترتیب 2 ، 4 ، 6 ، 8 ، 10 ، 12 در نظر می‌گیریم. به هر بشر به مقدار مساوی از
منعقد کننده و کمک منعقد کننده مورد نظر ریخته میشود و در دمای معین به مدت 20
دقیقه بشرها هم زده میشود.
بعد از این مدت ، آب هر یک را به استوانه‌های مدرج انتقال داده ، منتظر تهنشین
شدن آنها می‌مانیم. بهترین جواب بیشترین رسوب تشکیل شده و زلالترین محلول رویی می‌باشد.
با این ترتیب گستره PH بهینه معلوم میشود.
