عوامل مؤثر بر کارایی فرآیند ته‌نشینی (پاسخ به سؤال روزانه، ۹ نوامبر)

Thread Content

سؤال اول «یک سؤال در روز» دیروز: ۱. عواملی که بر اثربخشی فرآیند ته‌نشینی تأثیر نمی‌گذارند، کدام‌ها هستند؟ ( ) الف. شرایط هیدرولیکی، ب. مقدار pH، ج. اسیدیته، د. قلیاییت. پاسخ صحیح گزینه ج است، یعنی اسیدیته؛ بسیاری از دوستان گزینه الف، یعنی شرایط هیدرولیکی، را انتخاب کرده‌اند. برای رفع ابهام، مطلبی علمی پیدا کرده‌ام تا با شما در میان بگذارم: عوامل اصلی تأثیرگذار بر کارایی فرآیند ته‌نشینی: ۱. تأثیر دمای آب: دمای آب تأثیر زیادی بر کارایی فرآیند ته‌نشینی دارد؛ هم دمای بالا و هم دمای پایین بر این فرآیند منفی است. بهترین دمای آب برای ته‌نشینی بین ۲۰ تا ۳۰ درجه سانتی‌گراد است. هنگامی که دمای آب پایین است، تشکیل فرآورده‌های فروپاشی‌شونده به آرامی اتفاق می‌افتد، ذرات حاصل کوچک هستند و کارایی فرآیند فروپاشی ضعیف است. دلایل این امر عبارتند از: ۱. از آنجایی که واکنش هیدرولیز عوامل فروپاشی غیرآلی، یک واکنش گرمابردار است، در دمای پایین، هیدرولیز این عوامل به آرامی اتفاق می‌افتد و این امر بر بی‌ثبات شدن ذرات کلوئیدی تأثیر می‌گذارد. ②هنگامی که دمای آب پایین است، چسبندگی آب افزایش می‌یابد و مقاومت حرکت ذرات کلوئیدی نیز بیشتر می‌شود؛ این امر بر برخوردهای مؤثر و فرآیند تجمع ذرات کلوئیدی تأثیر می‌گذارد. ③هنگامی که دمای آب پایین است، حرکت براونی ذرات کلوئیدی در آب کاهش می‌یابد و این امر به فرآیند تجمع غیرهمگن ذرات کلوئیدی که قبلاً از تعادل خارج شده‌اند، کمکی نمی‌کند. هنگامی که دمای آب بیش از حد باشد، کارایی فرآیند ته‌نشینی نیز کاهش می‌یابد؛ دلیل اصلی این امر، سرعت بالای واکنش هیدرولیزی مواد مورد استفاده در فرآیند ته‌نشینی در دماهای بالاست. در نتیجه، فرآیند هیدراتاسیون توده‌های تشکیل شده تقویت می‌شود و این توده‌ها شل بوده و به راحتی ته‌نمی‌نشینند ； در فرآیند تصفیه فاضلاب، حجم لجن تولید شده زیاد بوده و میزان رطوبت آن بالاست که باعث می‌شود پردازش آن دشوار باشد. ۲. تأثیر pH آب: pH آب تأثیر زیادی بر کارایی فرآیند ته‌نشینی دارد و عمدتاً از دو جهت بر این کارایی تأثیر می‌گذارد. از یک سو، مقدار pH آب مستقیماً با بار سطحی و پتانسیل ذرات کلوئیدی در آب مرتبط است؛ در مقادیر مختلف pH، بار سطحی و پتانسیل ذرات کلوئیدی نیز متفاوت بوده و مقدار مورد نیاز برای فرآیند ته‌نشینی نیز متفاوت خواهد بود ； از سوی دیگر، مقدار pH آب تأثیر قابل توجهی بر واکنش هیدرولیز فاگینت‌ها دارد؛ محدوده pH لازم برای بهینه شدن واکنش هیدرولیز در فاگینت‌های مختلف متفاوت است. بنابراین، تأثیر مقدار pH آب بر کارایی فاگینگ نیز بسته به نوع فاگینت متفاوت است. محدوده بهترین pH برای فرآیند ته‌نشینی و حذف کدورت با استفاده از آلومینیوم کلرید پلیمری در شرکت ما، بین ۵ تا ۹ است. ۳. تأثیر قلیاییت آب: به دلیل واکنش هیدرولیزی که پس از افزودن مواد ترکیب‌کننده به آب خام رخ می‌دهد، در طول این فرآیند قلیاییت آب مصرف می‌شود؛ به‌ویژه در مورد مواد ترکیب‌کننده نامحلول، میزان قلیاییت مصرفی بیشتر است. هنگامی که قلیاییت آب خام بسیار پایین باشد، افزودن مواد فرآورنده باعث مصرف قلیاییت موجود در آب شده و pH آب را کاهش می‌دهد. اگر pH آب از محدوده بهینه pH برای فرآوری توسط مواد فرآورنده فراتر رود، این امر تأثیر قابل توجهی بر کارایی فرآوری خواهد داشت. هنگامی که قلیاییت آب خام پایین است یا مقدار افزودنی‌های فرآورنده بالاست، معمولاً نیاز به افزودن مقداری ماده قلیایی مانند آهک وجود دارد تا اثر فرآوری بهبود یابد. ۴. تأثیر غلظت ذرات کدورت‌زا در آب: غلظت ذرات کدورت‌زا در آب، تأثیر قابل توجهی بر کارایی فرآیند ترکیب ذرات دارد؛ هنگامی که غلظت این ذرات خیلی پایین باشد، احتمال برخورد بین ذرات کاهش یافته و کارایی فرآیند ترکیب ذرات نیز ضعیف می‌شود. در صورت بالا بودن میزان، لازم است از فاکتورهای فروپاشنده پلیمری مانند پلی‌آمید استفاده شود تا کدورت آب خام به سطح مشخصی کاهش یابد؛ سپس می‌توان از مواد ترکیب‌کننده برای فرآیند تصفیه معمولی استفاده کرد. ۵. تأثیر آلاینده‌های آلی در آب: مواد آلی موجود در آب، نقش محافظتی و تثبیت‌کننده‌ای بر روی کلوئیدها ایفا می‌کنند؛ یعنی مولکول‌های مواد آلی محلول در آب، به سطح ذرات کلوئیدی می‌چسبند و گویی لایه‌ای آلی روی آن‌ها تشکیل می‌دهند. این لایه، ذرات کلوئیدی را محافظت کرده و باعث می‌شود برخوردهای بین ذرات کلوئیدی کاهش یابد؛ همچنین مانع از واکنش‌های تثبیت‌کننده بین مواد ترکیب‌کننده و ذرات کلوئیدی می‌شود. بنابراین، در حضور مواد آلی، ذرات کلوئیدی دشوارتر از حالتی که فاقد مواد آلی هستند، از تعادل خارج می‌شوند؛ در نتیجه، مقدار مواد ترکیب‌کننده نیازمند افزایش است. می‌توان از پتاسیم پرمنگنات، ازون، کلر و مواد مشابه به عنوان اکسیدان‌های پیش‌درمانی استفاده کرد، اما باید در نظر گرفت که آیا محصولات جانبی سمی تولید می‌شوند یا خیر. ۶. تأثیر انواع فازه‌بندن‌کننده‌ها و میزان استفاده از آن‌ها: از آنجایی که ویژگی‌های هیدرولیزی و شرایط کیفیت آب مورد استفاده برای فازه‌بندن‌کننده‌های مختلف کاملاً یکسان نیست، لذا باید با توجه به شرایط کیفیت آب خام، نوع مناسب فازه‌بندن‌کننده انتخاب شود. برای حاجب‌های نمکی غیرآلی، لازم است ساختاری داشته باشند که بتوانند لایه دوالکتریکی را به‌طور مؤثر فشرده کنند یا اثر خنثی‌سازی الکتریکی قوی ایجاد کنند؛ در حالی که برای حاجب‌های پلیمری آلی، نیاز به تعداد مناسبی گروه عاملی و ساختار پلیمری، همراه با وزن مولکولی بالا، وجود دارد. در ایستگاه پردازش من، عامل رسوب‌زایی از نوع آلومینیوم کلرید پلیمری و عامل کمکی رسوب‌زایی از نوع PAM استفاده می‌شود. در شرایط عادی، کارایی فرآیند ته‌نشینی با افزایش مقدار مواد استفاده شده برای این منظور بهبود می‌یابد؛ اما وقتی مقدار این مواد به یک حد مشخص می‌رسد، کارایی فرآیند به اوج خود می‌رسد. در صورت افزایش بیشتر مقدار این مواد، پدیده‌ای به نام «بازپایداری» رخ می‌دهد و کارایی فرآیند در واقع کاهش می‌یابد. در نظریه، بهترین مقدار تزریق، آن است که غلظت آب تصفیه‌شده پس از فرآیند ته‌نشینی، در حداقل خود باشد و هم بار تیتراسیون کلوئیدی و هم مقدار پتانسیل ζ به سمت صفر برود. اما به دلیل در نظر گرفتن هزینه‌ها، در تولید واقعی، مقدار بهینه از عامل ترکیب‌کننده معمولاً به گونه‌ای انتخاب می‌شود که کیفیت آب پس از تصفیه به **استانداردها** برسد و در عین حال مقدار مصرفی عامل ترکیب‌کننده نیز کمترین میزان ممکن باشد. ۷. تأثیر روش افزودن ماده آهک‌زا: روش‌های افزودن ماده آهک‌زا شامل افزودن خشک و افزودن مرطوب است. از آنجایی که حالت هیدرولیزی فاگین‌های جامد و فاگین‌های مایع، یا حتی فاگین‌های مایع با غلظت‌های مختلف، از نظر توانایی فشرده‌سازی لایه دوالکتریکی یا خنثی‌سازی الکتریکی یکسان نیستند، اثر فاگینگی حاصل از افزودن آن‌ها به آب نیز متفاوت است. اگر علاوه بر افزودن مواد ترکیب‌کننده، مواد کمکی دیگری نیز اضافه شود، ترتیب افزودن این مواد بر روی کارایی ترکیب‌کردن نیز تأثیر زیادی دارد؛ بنابراین باید با استفاده از آزمایش‌های شبیه‌سازی و تجربیات عملی، روش و ترتیب مناسب برای افزودن این مواد مشخص شود. ۸. تأثیر شرایط هیدرولیکی: پس از افزودن مواد ترکیب‌کننده، فرآیند ترکیب می‌تواند به دو مرحله یعنی مخلوط‌شدن سریع و واکنش فلوکولاسیون تقسیم شود؛ اما در فرآیندهای واقعی تصفیه آب، این دو مرحله به صورت پیوسته و غیرقابل جدایی از یکدیگر اتفاق می‌افتند. همچنین، شرایط هیدرولیکی نیز باید پیوسته باشد. از آنجایی که پس از افزودن عامل همگرایی به آب، حالت هیدرولیزی آن ممکن است به سرعت تغییر کند، در مرحله مخلوط‌کردن سریع، لازم است که عامل همگرایی به سرعت و به طور یکنواخت در آب اصلی پراکنده شود؛ تا بتواند به طور یکنواخت در آب هیدرولیز و پلیمریزه شده و ذرات کلوئیدی را از حالت پایدار خارج کرده و آن‌ها را گرد هم آورد. برای مخلوط‌کردن سریع، نیاز به همزنی هیدرولیکی یا مکانیکی سریع و شدید وجود دارد که این فرآیند نیز باید در مدت زمان کوتاهی انجام شود. وارد مرحله واکنش فروپاشی می‌شویم؛ در این مرحله باید ذرات کلوئیدی که پایداری خود را از دست داده‌اند، از طریق فروپاشی متقابل و همگرا، به تدریج به توده‌هایی با عملکرد خوب در رسوب‌گیری تبدیل شوند. بنابراین، در این مرحله، شدت همزنی و سرعت جریان آب باید با افزایش اندازه توده‌ها، به تدریج کاهش یابد تا از خرد شدن توده‌های تشکیل‌شده جلوگیری شده و اثربخشی فرآیند رسوب‌گیری تحت تأثیر قرار نگیرد. در عین حال، از آنجایی که واکنش فلوکولاسیون یک فرآیند آهسته برای رشد تدریجی فلوکول‌ها است، اگر پس از واکنش کواگولاسیون نیاز باشد که فلوکول‌ها به اندازه‌ای بزرگ شوند تا بتوان آن‌ها را از طریق رسوب‌گیری حذف کرد، لازم است مدت زمان کافی برای فلوکولاسیون در نظر گرفته شود. اما اگر پس از واکنش کواگولاسیون از روش‌های شناورسازی با گاز یا فیلتراسیون مستقیم استفاده شود، می‌توان زمان واکنش را **کاهش داد**. مفهوم اسیدیته: در شیمی، ضریب اسیدیته (که به نام مقدار خنثی‌سازی، مقدار اسیدی یا اسیدیته نیز شناخته می‌شود)، مقدار میلی‌گرم هیدروکسید پتاسیم (KOH) لازم برای خنثی‌سازی ۱ گرم یک ماده شیمیایی را نشان می‌دهد. ضریب اسیدیته، معیاری برای سنجش تعداد گروه‌های کربوکسیل آزاد در یک ترکیب (مانند اسیدهای چرب) یا مخلوط است. روش استاندارد اندازه‌گیری این است که نمونه‌ای با مقدار مشخص را در یک حلال آلی حل کرده، سپس آن را با محلول هیدروکسید پتاسیم با غلظت مشخص تیتر کرد و از محلول فنولفتالین به عنوان نشانگر رنگی استفاده شود. ضریب اسیدیته می‌تواند به عنوان شاخصی برای میزان فساد روغن‌ها استفاده شود. واحد اسیدیته: (KOH) / (میلی‌گرم بر گرم). اسیدیته به مجموع مواد موجود در آب که می‌توانند با بازهای قوی واکنش نوترالیزاسیون داشته باشند، اشاره دارد؛ این مواد شامل اسیدهای غیرآلی، اسیدهای آلی، نمک‌های اسیدهای قوی و بازهای ضعیف می‌باشند. هرچه مقدار اسیدیته بالاتر باشد، نشان‌دهنده اسیدیته بیشتر محلول است. مفهوم قلیایی بودن: قلیایی بودن، به معنای توانایی آب برای جذب پروتون‌ها است؛ معمولاً این مقدار با مجموع مواد موجود در آب که می‌توانند به طور مقداری با اسیدهای قوی واکنش دهند، اندازه‌گیری می‌شود. قلیایی بودن در آب عمدتاً به دلیل وجود بی‌کربنات‌ها، کربنات‌ها و هیدروکسیدها ایجاد می‌شود؛ همچنین بورات‌ها، فسفات‌ها و سیلیکات‌ها نیز می‌توانند مقداری قلیایی بودن را ایجاد کنند. در آب‌های فاضلاب و سایر سیستم‌های پیچیده، موادی مانند بازهای آلی و نمک‌های فسفاتی فلزات نیز وجود دارند که همگی بخشی از قدرت بازی آب محسوب می‌شوند. در چنین شرایطی، قلیاییت به عنوان یک شاخص جامع برای آب در نظر گرفته می‌شود که نشان‌دهنده مجموع موادی است که می‌توانند توسط اسیدهای قوی تیتر شوند.